UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
FFCLRP – DEPARTAMENTO DE FÍSICA E MATEMÁTICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA APLICADA À MEDICINA
E BIOLOGIA
Variabilidade da atividade cerebral em resposta a
estímulos vestibular e oculomotor avaliada por fMRI
Hellen Mathei Della Justina
Dissertação apresentada à Faculdade de Filosofia,
Ciências e Letras de Ribeirão Preto da USP, como
parte das exigências para a obtenção do título de
Mestre em Ciências, Área: Física Aplicada à
Medicina e Biologia.
RIBEIRÃO PRETO – SP
2005
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FACULDADE DE FILOSOFIA CIÊNCIAS E LETRAS DE
RIBEIRÃO PRETO
VARIABILIDADE DA ATIVIDADE CEREBRAL EM RESPOSTA A ESTÍMULOS VESTIBULAR E
OCULOMOTOR AVALIADA POR fMRI Dissertação de Mestrado apresentada à
Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo para obtenção do Título de Mestre em Ciências, área de concentração Física Aplicada à Medicina e Biologia.
Aluna: Hellen Mathei Della Justina Orientador: Prof. Dr. Dráulio Barros de
Araújo
RIBEIRÃO PRETO – SP 2005
Della Justina, Hellen Mathei. Variabilidade da Atividade Cerebral em Resposta a Estímulos Vestibular e
Oculomotor Avaliada por fMRI. Ribeirão Preto, 2005. 118p. Dissertação de Mestrado apresentada à Faculdade de Filosofia Ciências e
Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo – Área de Concentração: Física Aplicada à Medicina e Biologia.
Orientador: de Araújo, Dráulio Barros. 1. Sistema Vestibular. 2. Sistema Oculomotor. 3. fMRI. 4. Variabilidade
da atividade cerebral.
FICHA CATALOGRÁFICA Preparada pela Biblioteca Central
Do Campus Administrativo de Ribeirão Preto
Dedico esta obra ao Lincoln, meu noivo, por sua compreensão,
carinho e apoio não só durante a elaboração deste trabalho, mas
durante toda a nossa convivência.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente gostaria de agradecer à paciência, dedicação, orientação e ao
entusiasmo constante do Prof. Dr. Dráulio Barros de Araújo. Aprendi muito com
ele durante esses anos, pois esteve presente não só como orientador, mas como
amigo também.
Gostaria de agradecer também ao apoio do Prof. Dr. José Fernando
Colafêmina que sempre se mostrou receptivo quanto necessitei esclarecer algumas
dúvidas.
Agradeço aos técnicos da ressonância do HC, Reginaldo e Sandra, por
tornarem agradáveis as tardes de sábado na ressonância.
A todos os voluntários que participaram deste trabalho, eu sei que é difícil
conseguir ficar imóvel no tomógrafo.
Aos amigos do DFM por proporcionarem um ambiente de trabalho
agradável e descontraído, Ademar, Gláucio, Ernando, Rond, Dani, Júlio, Mônica,
Pablo, Fabio, Nívia, Paulo, Júlia, Rebeca, Cássia, Brunão, Karina, Juliana, Juan,
Adelson, Khallil, Rabo, André, Tenysson, Renata e Kamilla.
A todos os amigos que encontrei em Ribeirão Preto, Ju, Teresa, Adilton,
Ivana, Sara, Fabiana, Regis, Julinha. Em especial meus queridos amigos bocoiós, a
mãe Paula, ao pai Márcio e aos irmãos Kátia e Tiago, agradeço pela amizade,
companhia, incentivo....
E por fim, à minha querida família. Meu pai Joadelívio, minha mãe Neide,
meu irmão Marcus, minha irmã Scheila e ao meu noivo Lincoln pelo apoio, pela
presença constante, mesmo que em pensamento, pela companhia e pelo amor.
“Se podes olhar, vê. Se podes ver, repara.”
José Saramago
RESUMO
A avaliação da variabilidade inter-individual da atividade funcional é de
grande importância na utilização da ressonância magnética funcional (fMRI) no
contexto clínico. O objetivo principal desse estudo é analisar a variabilidade da
ativação cerebral dos sistemas vestibular e oculomotor, através da fMRI em resposta
à estimulação optocinética horizontal e aos movimentos de rastreio e sacade dos
olhos. Para isso, imagens por ressonância magnética foram obtidas de vinte e três
voluntários assintomáticos (treze para o estudo optocinético e dez para os estudos
rastreio e sacade) em um scanner de 1.5 T Siemens (Magneton Vision) com
seqüências do tipo EPI-BOLD. Os mapas estatísticos foram obtidos no programa
Brain Voyager™, utilizando o método Modelo Geral Linear. Encontramos ativação
significante no córtex visual primário, ao longo do giro occipital médio e inferior, no
giro temporal médio, superior e inferior, no giro pós- e pré-central, ao longo do giro
frontal inferior, superior e médio, no giro supramarginal, no lobo parietal superior e
inferior, na ínsula e no cíngulo anterior e posterior. Grupos de atividade também
foram encontrados em estruturas subcorticais (putamen, globo pálido, corpo caloso
e tálamo), além do cerebelo. A análise da freqüência de ativação revelou uma alta
variabilidade entre voluntários. Contudo, as regiões com maior freqüência de
ativação foram as áreas frontais e a área que compreende o giro temporal médio e
médio superior. Utilizamos dois métodos para a análise dos índices de lateralização,
o primeiro admite um valor estatístico fixo e o segundo leva em consideração a
dependência do limiar estatístico com o número de pixels ativados, o segundo
método mostrou-se mais confiável. Os índices mostraram uma dominância do
hemisfério direito para o estudo optocinético. Já, para os estudos rastreio e sacade,
não verificamos essa dominância. Esse estudo permitiu a caracterização das mais
freqüentemente áreas envolvidas nas tarefas de estimulação optocinética e dos
movimentos de rastreio e sacade dos olhos. A combinação dessas tarefas constitui
uma grande ferramenta para determinar a lateralização dessas funções e mapear as
maiores áreas envolvidas nos sistemas oculomotor e vestibular.
ABSTRACT
Assessing inter-variability of functional activations is of practical importance
in the use of functional magnetic resonance imaging (fMRI) in clinical context. The
main objective of this study is to analyze the variability of cerebral activation of the
vestibular and oculomotor systems through an optokinetic horizontal, a pursuit and
saccadic eye movement stimulations by means of fMRI. For this, images of mag-
netic resonance were acquired of twenty and three asymptomatic volunteers (thir-
teen for the optokinetic study and ten for the pursuit and saccade stimulations) in
scanner of 1.5 T Siemens (Magneton Vision) with EPI-BOLD fMRI sequences. The
statistical maps were analyzed in Brain Voyager™ software, using the method Gen-
eral Linear Model. We find significant activation in primary visual cortex, in middle
and inferior occipital gyrus, in middle, superior and inferior temporal gyrus, in post-
central and precentral gyrus, in middle, inferior and superior frontal gyrus, in su-
pramarginal gyrus, in superior and inferior parietal lobule, in insula and in anterior
and posterior cingulate gyrus. Groups of activity had been also found in subcorticals
structures (putamen, globus pallidus, corpus callosum and thalamus), beyond the
cerebellum. The analysis of the activation frequency displays a high variability be-
tween volunteers. However, the most frequently activation regions were localized in
areas frontals and in regions comprehending the middle and medial superior tempo-
ral gyrus. We use two methods for the analysis of the laterality index, the first admits
a fixed statistical value and the second takes in consideration the dependence of the
statistical threshold within the activated number of pixels, the second method re-
vealed more reliability. The indices had shown a right hemisphere dominance for
the optokinetic study but, for the pursuit and saccade stimulations, we do not verify
this dominance. Our study allowed the characterization of the most frequently in-
volved foci in tasks of optokinetic and pursuit and saccade eye movement stimula-
tions. The combination of these tasks constitutes a suitable tool for determine the
lateralization of these functions and for mapping major areas involved in the ocu-
lomotor and vestibular systems.
LISTA DE ABREVIATURAS
ACC Acrônimo do idioma inglês que representa: Anterior Cingulate Córtex
AVC Acidente Vascular Cerebral
BOLD Acrônimo do idioma inglês que representa: Blood Oxygen Level Dependent
CBF Acrônimo do idioma inglês que representa: Cerebral Blood Flux
CBV Acrônimo do idioma inglês que representa: Cerebral Blood Volume
DLPFC Acrônimo do idioma inglês que representa: Dorsolateral Prefrontal Córtex
ENG Electronistagmografia
EPI Acrônimo do idioma inglês que representa: Eco-Planar Imaging
FEF Acrônimo do idioma inglês que representa: Frontal Eye Field
FID Acrônimo do idioma inglês que representa: Free Induction Decay
fMRI Acrônimo do idioma inglês que representa: Functional Magnetic Resnoance Imaging
GLM Acrônimo do idioma inglês que representa: General Linear Model
Hb Hemoglobina oxigenada
dHb Hemoglobina deoxigenada
IL Índice de Lateralização
IPL Acrônimo do idioma inglês que representa: Inferior Parietal Lobe
IPS Acrônimo do idioma inglês que
representa: Intraparietal Sulcus
MRI Acrônimo do idioma inglês que representa: Magnetic Resonance Imaging
MT/MST Acrônimo do idioma inglês que representa: Middle Temporal/Medial Superior Temporal
NMR Acrônimo do idioma inglês que representa: Nuclear Magnetic Resonance
NOC Nistagmo Optocinético
PCC Acrônimo do idioma inglês que representa: Posterior Cingulate Cortex
PEF Acrônimo do idioma inglês que representa: Parietal Eye Field
PET Acrônimo do idioma inglês que representa: Positron Emission Tomography
PIVC Acrônimo do idioma inglês que representa: Parietoinsular Vestibular Córtex
PPC Acrônimo do idioma inglês que representa: Posterior Parietal Córtex
RF Radiofreqüência
ROI Acrônimo do idioma inglês que representa: Region of Interest
SEF Acrônimo do idioma inglês que representa: Suplementary Eye Field
SNC Sistema Nervoso Central
SPL Acrônimo do idioma inglês que representa: Superior Parietal Lobe
TE Tempo ao Eco
TMS Acrônimo do idioma inglês que representa: Transcranical Magnetic Stimulation
TR Tempo de Repetição
V1 Córtex Visual Primário
VENG Vectoelectronistagmografia
ÍNDICE
Introdução ______________________________________________________5
Capítulo 1 _______________________________________________________4
Anatomia e Funções Cerebrais______________________________________4
1.1 Anatomia Cerebral __________________________________________4
1.2 Córtex Cerebral ____________________________________________7
1.2.1 Classificação Estrutural do Córtex ________________________7
1.3 Função Cerebral ____________________________________________8
1.3.1 Córtex Frontal _______________________________________9
1.3.2 Córtex Parietal ______________________________________10
1.3.3 Córtex Occipital _____________________________________11
1.3.4 Córtex Temporal ____________________________________12
1.3.5 Córtex Insular_______________________________________13
1.3.6 Cerebelo ___________________________________________15
Capítulo 2 ______________________________________________________17
Sistema Vestibular e Oculomotor___________________________________17
2.1 Anatomia e Fisiologia do Sistema Vestibular______________________17
2.1.1 Células Ciliadas______________________________________18
2.1.2 Estruturas e Fisiologia dos Canais Semicirculares ____________19
2.1.3 Estruturas e Fisiologia do Sistema Otolítico ________________23
2.1.4 Caminho Neural do Sistema Vestibular Central _____________26
2.2 Sistema Oculomotor________________________________________27
2.2.1 Ações e Inervações dos Músculos Extraoculares_____________28
2.2.2 Tipos de Movimento dos Olhos e Suas Funções_____________30
2.2.2.1 Movimento Sacádico ____________________________30
2.2.2.2 Movimento de Perseguição Lenta ___________________32
2.2.2.3 Movimento de Vergência _________________________33
2.2.2.4 Movimento Vestíbulo-Ocular ______________________33
2.2.3 Avaliação Otoneurológica______________________________34
2.2.3.1 Descrição dos Testes Otoneurológicos _______________35
Capítulo 3 ______________________________________________________37
fMRI __________________________________________________________37
3.1 Fluxo Sanguíneo Cerebral, Metabolismo e Atividade Neural__________37
3.2 Princípios Físicos de Imagem por Ressonância Magnética ___________38
3.2.1 Magnetização Nuclear_________________________________38
3.2.2 Processo de Relaxação ________________________________39
3.2.3 Princípio da Formação de Imagem _______________________40
3.2.4 Seqüência de Pulso Eco-Planar__________________________43
3.3 fMRI com Contraste BOLD__________________________________45
3.4 Método de Aquisição das Imagens _____________________________47
3.4.1 Paradigmas _________________________________________47
3.5 Preparando os Dados de fMRI para Análise Estatística______________49
3.5.1 Correção do Tempo por Fatia___________________________50
3.5.2 Correção de Movimento_______________________________50
3.5.3 Filtro Espacial ______________________________________52
3.5.4 Filtro Temporal _____________________________________53
3.6 Análise Estatística das Imagens________________________________54
3.6.1 Modelo Linear Geral__________________________________55
3.7 Apresentação dos Mapas Estatísticos ___________________________57
3.8 Atlas Cerebral_____________________________________________58
Capítulo 4 ______________________________________________________61
Material e Métodos ______________________________________________61
4.1 Voluntários_______________________________________________61
4.2 Estímulos ________________________________________________61
4.3 Aquisição dos Dados por MRI ________________________________62
4.4 Análise dos Dados _________________________________________62
Capítulo 5 ______________________________________________________66
Resultados e Discussão___________________________________________66
5.1 Resultados _______________________________________________66
5.1.1 Estruturas Ativadas Durante o Estudo NOC para Direita______66
5.1.2 Estruturas Ativadas Durante o Estudo NOC para Esquerda____67
5.1.3 Estruturas Ativadas Durante o Estudo Rastreio _____________68
5.1.4 Estruturas Ativadas Durante o Estudo Sacade ______________69
5.1.5 Diferenças entre os Estudos ____________________________70
5.1.6 Análise da Freqüência de Ocorrência _____________________76
5.1.7 Análise Combinada da Freqüência _______________________78
5.1.8 Índice de Lateralização ________________________________80
5.2 Discussão ________________________________________________84
5.2.1 Campo Frontal do Olho _______________________________86
5.2.2 Campo Suplementar do Olho ___________________________88
5.2.3 Córtex Pré-Frontal Dorsolateral _________________________90
5.2.4 Campo Parietal do Olho _______________________________91
5.2.5 Córtex do Cíngulo ___________________________________93
5.2.6 V1 e Paraestriado ____________________________________95
5.2.7 MT/MST __________________________________________96
5.2.8 Ínsula _____________________________________________98
5.2.9 Cerebelo __________________________________________100
Capítulo 6 _____________________________________________________ 103
Conclusões e Perspectivas _______________________________________ 103
6.1 Conclusões ______________________________________________103
6.2 Perspectivas _____________________________________________104
Referências Bibliográficas _______________________________________ 106
Introdução
INTRODUÇÃO
Para manter o equilíbrio, o homem conta com três sistemas sensoriais: o
sistema vestibular, responsável pelas informações sobre a posição e os movimentos
da cabeça; o sistema ocular (ou visual), que fornece a relação espacial dos objetos
em relação ao corpo; e o sistema proprioceptivo, que controla a postura e a
movimentação corporal. Estes três sistemas devem funcionar sempre em sintonia,
caso contrário, o indivíduo apresentará desequilíbrio, que poderá se manifestar de
diversas formas, de acordo com o órgão afetado.
Existem quatro tipos básicos de movimento dos olhos: o movimento
sacádico, o de perseguição lenta, o movimento vestíbulo-ocular e o movimento de
vergência. O movimento sacádico é um movimento extremamente rápido que os
olhos executam – voluntária ou involuntariamente – entre um ponto de fixação e
outro. O movimento de perseguição lenta ocorre quando nossos olhos fixam um
objeto que se move e acompanham-no onde quer que ele vá. O movimento
vestíbulo-ocular é uma resposta reflexa a rápidas alterações de posição da cabeça. O
último grupo de movimentos, que provocam o desvio do olhar, é o movimento de
vergência, diferente dos anteriores, em que os olhos se movem conjugadamente,
neste os olhos convergem ou divergem, o que ocorre naturalmente quando um
objeto se aproxima ou se afasta do observador.
O sistema de perseguição lenta pode ser estudado pelo chamado teste optocinético,
em que barras horizontais ou verticais movem-se continuamente. Como resultado
desse estímulo, os olhos seguem, automaticamente, uma barra especifica até atingir
o final da sua excursão. Há então um rápido movimento sacádico na direção oposta,
seguido novamente por uma perseguição lenta. Esse padrão de alteração entre
movimentos rápidos e lentos é resposta a um estímulo chamado Nistagmo
Optocinético (NOC). Estudando a intensidade, duração e direção da estimulação
NOC podemos ter informações preciosas sobre processos patológicos do sistema
vestibular. Lesões no córtex vestibular, mais precisamente na ínsula posterior
humana, levam a uma percepção de inclinação da vertical visual mas não de
inclinação da postura corporal e de perda do balanço lateral. Entretanto, alguns
pacientes com AVC (acidente vascular cerebral) mostram um padrão inverso.
Introdução
Apesar dos processos visual e vestibular da percepção da orientação visual estarem
inalterados, eles utilizam suas extremidades não paralisadas para empurrarem em
direção ao lado parético, levando a uma inclinação do corpo fazendo com que caiam
para o lado hemiparético. Esse surpreendente comportamento de pacientes com
AVC foi primeiramente descrito por Patricia Davies, em 1985, a qual denominou de
pusher syndrome [Davies (1985 apud Karnath & Broetz 2003)]. Recentemente, a
origem do pushing foi identificada como uma alteração da percepção da orientação
do corpo em relação à gravidade. Esses pacientes sentem seu corpo como se
estivesse orientado verticalmente quando na realidade ele está inclinado para o lado
ipsilateral à lesão (18° em média) [para revisão consulte Karnath & Broetz (2003)].
Foi com o intuito de estudarmos essa síndrome que demos início a este primeiro
projeto. Antes do estudo de uma patologia desconhecida, como no caso do pushing,
é essencial que se entenda os padrões normais da atividade cerebral, bem como sua
variabilidade.
Portanto, uma maneira de avaliarmos as funções vestibulares e também a
função oculomotora no nível cortical e subcortical é através da Imagem Funcional
por Ressonância Magnética (Functional Magnetic Resonance Imaging – fMRI) [Dieterich
et al. 1998; Petit & Haxby 1999]. A fMRI tornou-se uma das principais técnicas de
mapeamento das funções cerebrais nos últimos anos, principalmente, por ser uma
técnica não-invasiva e pela sua ótima resolução espacial [Ogawa et al. 1990a,b; Di
Salle et al. 1999]. Embora ainda existam questões referentes aos métodos utilizados,
os achados em psicologia, patologia e neurociência em geral são consistentes o
bastante para que essa técnica sirva de referência em estudos de processos
cognitivos elevados, além das aplicações clínicas (entre as quais destaca-se o
mapeamento pré-cirúrgico) e estudos envolvendo os processos de reorganização
cortical.
A avaliação da variabilidade inter-individual da atividade funcional é também
um fator muito importante na utilização da fMRI no contexto clínico. Portanto, o
objetivo principal deste trabalho foi analisar a variabilidade da ativação cerebral dos
sistemas vestibular e oculomotor, através da técnica de fMRI em resposta à
estimulação optocinética horizontal e aos movimentos de rastreio e sacade do olho.
Introdução
Além de implementarmos a técnica de fMRI como um possível método de
diagnóstico em exames otoneurológicos.
Para tanto trataremos, neste manuscrito, diversos aspectos teóricos e
experimentais. O primeiro capítulo trata dos aspectos anatômicos e fisiológicos do
cérebro humano, além de abordar a organização funcional dos lobos, do córtex
insular e do cerebelo. O segundo capítulo visa facilitar a compreensão dos sistema
vestibular e oculomotor incluindo, portanto, a anatomia e fisiologia do sistema
vestibular, e o sistema oculomotor, além da descrição dos principais exames para
avaliação otoneurológica. No capítulo três descrevemos os princípios físicos da
Imagem por Ressonância Magnética, os princípios da formação de imagem, além de
tratarmos dos aspectos teóricos do contraste BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) e
também dos processos envolvidos no pré e pós-processamento da imagem.
Os três últimos capítulos dessa dissertação foram destinados à descrição dos
métodos experimentais, aos resultados e discussões e, por fim, às conclusões e
perspectivas da nossa pesquisa.
4
Capítulo 1
ANATOMIA E FUNÇÕES CEREBRAIS
1.1 Anatomia Cerebral
O sistema nervoso central humano pode ser dividido segundo vários critérios:
de segmentação, embriológicos, funcionais e anatômicos. Essa divisão tem sentido
puramente didática. Considerando-se os princípios anatômicos, o sistema nervoso
central divide-se em medula espinhal e encéfalo que, por sua vez, tem três partes:
cérebro, cerebelo e tronco encefálico (composto pelo mesencéfalo, ponte e bulbo)
(figura 1.1). O cérebro, que corresponde à parcela mais importante da cavidade
craniana, ocupando cerca de 80% do seu volume total, é dividido em diencéfalo e
telencéfalo.
Figura 1.1 – Visão sagital do cérebro humano e suas estruturas anatômicas importantes. Figura modificada de: http://mywebpages.comcast.net/epollak/PSY255_pix/PSY255_pix.htm
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
5
O diencéfalo compreende as seguintes estruturas: tálamo, hipotálamo,
epitálamo e sub-tálamo. Já o telencéfalo é constituído pelos dois hemisférios
cerebrais, que encontra na fissura longitudinal suas fronteiras mediais.
Anatomicamente, os dois hemisférios são praticamente idênticos, possuindo quatro
lobos: frontal, parietal, occipital e temporal (figura 1.2). Além desses, existe ainda
mais internamente o lobo da insula. Os lobos cerebrais recebem sua denominação
de acordo com os ossos do crânio, com os quais se relacionam. A divisão em lobos,
embora de grande importância clínica, não corresponde a uma divisão funcional,
exceto pelo lobo occipital, que parece ser todo, direta ou indiretamente, relacionado
com a visão.
Toda a superfície do córtex cerebral é recortada por depressões denominadas
de sulcos, os quais se distribuem ao longo de todo o volume, delimitando, assim, as
regiões elevadas, conhecidas como giros. Os padrões dos sulcos e giros do cérebro
variam em cada cérebro podendo ser diferente nos dois hemisférios de um mesmo
indivíduo. Os principais sulcos são: o sulco lateral (de Sylvius), que separa, em suas
porções anteriores, o lobo frontal do lobo temporal e o sulco central (de Rolando),
que separa o lobo parietal do frontal (figura 1.2).
Figura 1.2 – Representação dos quatro lobos cerebrais com seus principais sulcos e giros. Figura modificada de http://www.driesen.com/brain_view_-_2.htm
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
6
O lobo frontal contém três sulcos principais denominados de: sulco pré-
central, sulco frontal superior e sulco frontal inferior. Os dois últimos recortam o
lobo frontal, em porções ântero-posteriores, perpendiculares ao sulco central. O
sulco pré-central, por sua vez, é praticamente paralelo ao sulco central, formando
entre eles o giro pré-central. Em porções súpero-mediais do sulco frontal superior,
delimitado medialmente pela fissura longitudinal, está o giro frontal superior. Entre
os sulcos frontal superior e inferior está o giro frontal médio. Por fim, o giro frontal
inferior, localizado abaixo do sulco frontal inferior, é dividido em três partes pelos
ramos anterior e ascendente do sulco lateral: orbital, triangular e opercular.
O lobo temporal é recortado por dois sulcos principais: temporal superior e
inferior. Esses sulcos, juntamente com o sulco lateral, formam os principais giros do
lobo temporal, que percorrem porções laterais do cérebro, ântero-posteriormente.
O giro temporal superior é delimitado acima pelo sulco lateral e abaixo pelo sulco
temporal superior. Entre os sulcos exclusivos do lobo temporal está o giro temporal
médio. Abaixo do sulco temporal inferior encontra-se o giro temporal inferior.
No lobo parietal, encontram-se os giros: pós-central, parietal superior e
inferior. O sulco pós-central segue a topografia do sulco pré-central, paralelo ao
sulco central, formando o giro pós-central. O sulco intraparietal forma o giro
parietal superior e inferior, sendo o segundo subdividido em supramarginal e
angular.
Podemos dizer grosseiramente que o último lobo, o occipital, não contém
nenhum sulco proeminente que sirva para determinação de pontos de referência
anatômicos.
É interessante notar que, muito embora a fissura longitudinal divida o
cérebro em dois hemisférios, eles não estão isolados. A ligação entre os dois se dá,
principalmente, pela projeção de fibras nervosas através de uma comissura1
conhecida como Corpo Caloso. Este é localizado em porções mediais inferiores do
córtex cerebral.
1Comissura é uma estrutura anatômica formada por fibras nervosas que cruzam perpendicularmente o plano mediano cerebral
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
7
1.2 Córtex Cerebral
O córtex cerebral corresponde a uma camada delgada, com espessura
aproximada de 3 mm e 2000 cm2 de área, que reveste, com uma substância de cor
acinzentada, a caixa craniana.
Assim como o sistema nervoso central, o córtex cerebral pode ser dividido
tomando-se como base vários aspectos. Além dos quatro lobos, ele - o córtex
cerebral - é constituído por mais duas outras partes. Com a porção medial dos lobos
frontal, parietal e occipital forma-se o lobo límbico. Dada a sua complexidade e
importância nos processos funcionais, muitas vezes o lobo límbico é conhecido por
sistema límbico. Além dele, outro constituinte muito importante do córtex cerebral
é o córtex insular, que não é visível na superfície do córtex, por localizar-se sobre a
parede medial do sulco central.
1.2.1 Classificação Estrutural do Córtex
O córtex cerebral tem sido objeto de meticulosas investigações histológicas
nas quais foram estudados diversos aspectos de sua estrutura, tais como a
composição e característica das diversas camadas, disposição e espessura das raias e
estrias. Com base nesses estudos, o córtex cerebral pode ser dividido em áreas
citoarquitetônicas, havendo vários mapas de divisão. Assim, von Economo
distinguiu no córtex cerebral do homem 109 áreas, enquanto o casal Vogt conseguiu
identificar 200 áreas. Contudo, a divisão mais aceita é a de Brodmann que
identificou 52 áreas designadas por números (figura 1.3). As áreas de Brodmann são
muito conhecidas e amplamente utilizadas na clínica e na pesquisa médica.
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
8
Figura 1.3 – Áreas de Brodmann no cérebro humano com atribuição funcional. Figura modificada de http://spot.colorado.edu/~dubin/talks/brodmann/brodmann.html
1.3 Função Cerebral
Do ponto de vista funcional as áreas corticais não são homogêneas como se
acreditava no inicio do século XIX. Em 1861, o cirurgião francês Piere Paul Broca
conduziu o que hoje muitos acreditam ter sido o primeiro estudo a oferecer uma
prova anatômica de localizações específicas de funções cerebrais. Através dessa
pesquisa ficou constatado que lesões de determinadas regiões do lobo frontal, hoje
conhecida como área de Broca, estavam relacionadas a distorções na habilidade de
fala. Desde então, a especialização funcional de diferentes áreas cerebrais, a
integração funcional dessas regiões, e a determinação de suas conexões físicas, têm
despertado grande interesse na comunidade de neurocientistas. Note, no entanto,
que a localização funcional deve ser percebida como uma especialização de algumas
áreas cerebrais, estando elas altamente conectadas umas às outras.
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
9
Atualmente, a funcionalidade cerebral é esquematicamente dividida em dois
grandes grupos: as áreas de projeção e as de associação. As áreas de projeção
referem-se àquelas diretamente relacionadas à sensibilidade ou motricidade. As
regiões de associação seguem uma subdivisão proposta pelo pesquisador russo
Alexander Luria. Segundo esse modelo, o grau de interação entre uma função
cerebral específica e as áreas de projeção indica o papel destas dentro da hierarquia
funcional, caracterizando-a em secundárias e terciárias.
As áreas secundárias, também conhecidas como unimodais, receberiam um
conjunto de fibras aferentes projetadas de suas respectivas regiões primárias.
Portanto, regiões primárias visuais, por exemplo, projetariam um conjunto de fibras
em áreas de associação unimodal visual. As áreas terciárias, ou supramodais, não
teriam nenhuma conexão física direta com áreas de projeção, sendo responsáveis
por processos cognitivos elevados, como memória, emoção, e consciência. As vias
de comunicação dessas regiões seriam estabelecidas através de projeções derivadas
de áreas unimodais ou outras áreas supramodais.
A finalidade geral das maiores áreas de associação tem sido estabelecida pela
descrição de pacientes com lesões corticais, por imagens funcionais em sujeito
normais e por estudos comportamentais e eletrofisiológicos em primatas não
humanos. A seguir descreveremos as principais funções das áreas de associação, do
córtex insular e do cerebelo.
1.3.1 Córtex Frontal
Diversos são os déficits funcionais que resultam de danos do lobo frontal
humano, particularmente quando os dois hemisférios estão envolvidos. Estes danos
são causados pelo fato do córtex frontal possuir várias funções, mais numerosas do
que qualquer outra região neocortical (consistente com o fato que o lobo frontal em
humanos e outros primatas é o maior dos lobos cerebrais e compreenderem o maior
número de áreas citoarquitetônicas). Particularmente, a natureza devastadora do
déficit comportamental após danos do lobo frontal reflete o papel dessa parte do
cérebro em manter a personalidade individual. O córtex frontal integra informações
perceptuais complexas dos córtices sensorial e motor e, também, dos córtices de
associação parietal e temporal. O resultado é uma avaliação própria em relação ao
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
10
mundo, a qual permite que os comportamentos sejam planejados e executados
normalmente. Quando essa habilidade é comprometida, o indivíduo afetado
geralmente possui dificuldade em executar comportamentos complexos que seriam
apropriados para uma dada circunstância. Essas deficiências na habilidade normal de
combinar os comportamentos que exigem um andamento do presente ou do futuro
são interpretadas como uma mudança na personalidade do paciente.
O córtex dorsolateral frontal (BA 9/46), em especial, está envolvido em
várias funções cognitivas incluindo a informação espacial [Courtney et al. 1998], o
monitoramento e a manipulação da memória de trabalho (working memory) [Petrides
1994], a seleção de reposta [Rowe et al. 2000] e a implementação de estratégias que
facilitem a memória [Bor et al. 2003]. O córtex frontal ventrolateral também está
envolvido num vasto conjunto de processos cognitivos compreendendo a seleção, a
comparação e o julgamento de estímulos para memória de longo e curto prazo
[Petrides 1994], a informação não espacial [Courtney et al. 1997], o aprendizado
inverso [Cools et al. 2002] e a seleção de estímulos [Rushworth et al. 1997]. Já o
córtex órbito-frontal está envolvido em processos que incluem valores motivacional
e emocional, incluindo a representação dos reforços primários como o gosto, o
cheiro e o tato [Gottfried et al. 2002], a representação da relação do aprendizado
entre um estímulo neural arbitrário e a recompensa por punição [Tremblay et al.
1999] e a integração dessas informações para guiar a seleção de resposta, a supressão
e a tomada de decisão [Elliott et al. 2000].
1.3.2 Córtex Parietal
A descrição, geralmente considerada a primeira evidência da ligação entre
lesão no lobo parietal com déficits de atenção e de percepção da consciência, foi
feita pelo neurologista inglês W. R. Brain, em 1941, que relatou três pacientes com
lesões unilaterais no lobo parietal. Baseado em vários estudos de pacientes, desde o
trabalho pioneiro de Brain, esses déficits são agora referidos como síndrome da
negligência espacial.
Um dos sintomas da negligência espacial é a inabilidade do paciente perceber
e observar objetos ou, até mesmo, seu próprio corpo como uma parte do espaço
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
11
apesar do fato da acuidade visual, a sensação somática e a habilidade motora
permanecerem intactas.
Essencialmente, a síndrome da negligência é associada a danos do córtex
parietal direito. Há evidências que a distribuição desigual dessa função cognitiva
particular é devido ao fato do córtex parietal direito mediar a atenção das duas
metades, direita e esquerda, do corpo e do espaço extra corporal, enquanto que o
hemisfério esquerdo media a atenção apenas para o direito [Mesulam (1981 apud
Nobre 1997)].
A ativação do córtex parietal posterior foi descrita durante tarefas
envolvendo atenção de combinações apresentadas [Corbetta et al. 1995], vigilância
[Pardo et al. 1991] e movimento indireto do braço [Deiber et al. 1991]. Estudos com
lesões também sustentam a idéia de que o córtex parietal posterior é parte de um
caminho especializado para programação da ação. Vários estudos têm sugerido que
o córtex parietal posterior tem atividade relacionada a estímulos sensoriais, atenção e
mais recentemente à intenção de movimento. O córtex parietal posterior executa
um papel importante no planejamento da ação, com uma área especializada no
movimento dos olhos e uma no alcance de movimentos [Snyder et al. 2000].
A atividade parietal também é relatada em estímulos envolvendo a memória
de trabalho espacial [Jansma et al. 2000] e não espacial [LaBar et al. 1999], a
imaginação [Trojano et al. 2000], a rotação mental [Harris et al. 2000; Richter et al.
2000], a inibição de resposta [Garavan et al. 1999], cálculo [Rueckert et al. 1996;
Stanescu-Cosson et al. 2000] e, também, em funções que tipicamente não são
atribuídas ao córtex parietal como o processamento da dor [Apkarian et al. 1999],
engolir [Hamdy et al. 1999] e meditação [Lazar et al. 2000]. “Claramente, é absurdo
sustentar que as áreas parietais são especializadas por apenas um desses processos”
[Culham & Kanwisher 2001].
1.3.3 Córtex Occipital
Estudos anatômicos e eletrofisiológicos em macacos indicam a descoberta de
múltiplas áreas envolvidas no processo da informação visual nos lobos occipital,
parietal e temporal. Cada uma dessas áreas contém um mapa do espaço visual e cada
uma é largamente dependente do córtex visual primário para a sua ativação. As
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
12
respostas pertencentes aos neurônios em algumas dessas áreas sugerem que eles são
especializados em diferentes aspectos das cenas visuais. Por exemplo, a área
temporal média (MT) contém neurônios que respondem seletivamente à direção de
um movimento, sem considerar a cor. Em comparação, neurônios em uma outra
área cortical chamada V4 respondem seletivamente à cor de um estímulo visual sem
considerar a direção do movimento.
A descrição clínica de um déficit visual seletivo após a localização de um
dano em várias regiões do córtex extraestriado também apóia funções especializadas
das áreas extraestriadas em humanos. Por exemplo, um caso muito conhecido de
um paciente que sofreu um derrame que prejudicou a região extraestriada,
considerada homóloga à área MT no macaco, era incapaz de apreciar o movimento
de um objeto. Um outro exemplo de um déficit visual específico é o resultado de
um dano do córtex extraestriado na acromatopsia cerebral, esse paciente perdeu a
habilidade de enxergar o mundo colorido enquanto outros aspectos da visão
permaneceram em bom funcionamento.
Baseado em conexões anatômicas entre áreas visuais, diferenças em respostas
eletrofisiológicas e o efeito de lesões corticais, um consenso tem surgido que as
áreas corticais extraestriadas são organizadas em dois sistemas largamente separados
que eventualmente alimentam informações em áreas corticais associativas nos lobos
temporal e parietal. Um sistema chamado divisão ventral, inclui a área V4 e conduz
o córtex extraestriado a parte inferior do lobo temporal. Esse sistema é responsável
pela alta resolução da forma e do reconhecimento de objetos. A divisão dorsal, a
qual inclui a área temporal média, conduz o córtex extraestriado ao lobo parietal.
Esse sistema é responsável pelos aspectos espaciais da visão como a análise do
movimento e a relação da posição entre objetos e a cena visual.
1.3.4 Córtex Temporal
Evidências clínicas de pacientes com lesões do córtex de associação no lobo
temporal indicam que uma das maiores funções dessa parte do cérebro é o
reconhecimento e a identificação de estímulos observados. Danos no lobo temporal
podem resultar em dificuldade de reconhecimento, identificação e também em uma
dificuldade de nomear diferentes categorias de objetos. Essas desordens,
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
13
comumente chamadas de agnosias (do grego “não saber”), são um pouco diferentes
da síndrome de negligência. Os pacientes com agnosia reconhecem a presença de
um estímulo, mas não são capazes de informar o que esse estímulo representa.
Um dos estudos mais completos sobre agnosia após dano do córtex de
associação temporal em humanos é a inabilidade de reconhecer e identificar faces.
Essa desordem, chamada prosopagnosia (prosopo - do grego para face e pessoa), foi
identificada por neurologistas no século XIX e permanece até hoje sob investigação.
Após danos do lobo temporal, tipicamente no lobo temporal direito, os pacientes
são incapazes de identificar indivíduos pelas suas características faciais e, em alguns
casos, não reconhecem nem mesmo a face. Todavia, tais indivíduos estão
perfeitamente atentos em algum tipo de estímulo visual apresentado e podem
descrever aspectos particulares ou elementos desse sem dificuldade. Em geral, lesões
do lobo temporal direito levam a uma agnosia para faces e objetos, enquanto lesões
de regiões correspondentes ao lobo temporal esquerdo tendem a resultar em
dificuldades relacionadas à linguagem.
Na parte caudada do córtex temporal superior, Chakraborty & Thier (2000
apud Karnath 2001) identificaram a área visual posterior de Sylvian, a qual é
localizada profundamente no sulco lateral, como uma estrutura decisiva para o
senso subjetivo da estabilidade espacial do macaco. Mais rostrolateralmente, mas
conectado próximo à área posterior de Sylvian, está o córtex parieto-insular
vestibular (PIVC) [Grüsser et al. 1990a, 1990b]. Essa área integra as vias vestibulares,
somatosensorial e visual para gerar uma representação neural multimodal do
movimento do indivíduo e da orientação espacial. A última região do córtex
temporal superior caudal circunda áreas como a temporal média superior (MST) e a
temporal média (MT). Essas áreas são parte do sistema dorsal do processamento de
informação visual e estão principalmente envolvidos na análise de movimento.
1.3.5 Córtex Insular
O lobo insular em primatas, incluindo humanos, executa papeis como:
sensação visceral, visceral motora (autônomo), associação motora, vestibular e está,
também, relacionado à linguagem [Augustine (1985 apud Augustine 1996)]. Estudos
ao longo da década passada têm ampliado o papel da ínsula para incluir sua
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
14
designação como uma área somatosensorial, uma área sensorial variada e como uma
componente do córtex de integração límbico. Também foi sugerido que a ínsula está
envolvida na doença de Alzheimer e em funções complexas como memória de
trabalho e atenção visual seletiva.
A descrição da ínsula como uma área visceral sensorial parece justificável
baseado em funções previamente observáveis [Augustine (1985 apud Augustine
1996)]. Novas técnicas sugerem que a insula anterior é a localização anatômica do
gosto [Ogawa 1994]. Alguns relatos aumentam a probabilidade de um padrão para a
sensação visceral geral e especial através da ínsula envolvendo a língua (gosto), a
garganta, o esôfago e outras possíveis áreas do trato gastrintestinal [Roper et al.
1993; Aziz et al. 1995].
Além da designação como área sensorial visceral geral e especial, dados
funcionais também atribuem à ínsula um papel somatosensorial. Um estudo
fisiológico da ativação sensorial no campo granular da ínsula [Schneider et al. 1993]
sugere que neurônios nesse campo respondem a estímulos cutâneos. Outro aspecto
da função somatosensorial executado pela ínsula é a retransmissão das informações
somatosensoriais para estruturas límbicas no lobo temporal [Friedman (1986 apud
Augustine 1996); Schneider et al. 1993].
O envolvimento da ínsula em fobias simples pode mediar seu papel como
uma área sensorial variada com o contexto do córtex de integração límbico [Rauch et
al. 1995]. Esse papel também foi sugerido devido o seu envolvimento na doença de
Alzheimer [Fowler et al. (1980 apud Augustine 1996)]. Tais comportamentos
complexos com suas componentes autônomas e viscerais podem representar níveis
mais altos das funções envolvidas no córtex insular.
Há várias evidências na literatura que apóiam a designação da ínsula como
uma área motora visceral (autônoma). Tais dados são baseados em vários estudos
nos quais estimulações em primatas e humanos foram realizadas, com observações
do fenômeno visceral motor, durante convulsões [Augustine (1985 apud Augustine
1996)]. De acordo com esses estudos há uma sugestão recente do papel da ínsula no
disparo do vômito [Fiol et al. (1988 apud Augustine 1996)] e mudanças
cardiovasculares durante estimulações insulares em macacos [Zhang et al. 1999].
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
15
Há um importante papel da ínsula como área de associação motora
envolvendo membros superiores, incluindo as mãos [Chollet et al. 1991; Weiller et al.
1992] e movimentos sacádicos do olho [Petit et al. 1993]. Os relatos das conexões
insulares com várias estruturas límbicas sugerem um papel da insula na atenção
espacial, na memória ou nos aspectos motivacionais do controle oculomotor.
A relação da ínsula com o sistema vestibular é observada através de
identificações neurofisiológicas de neurônios vestibulares, em macacos, no córtex
parieto-insular vestibular (Parietoinsular Vestibular Cortex – PIVC). Essa região cortical
está localizada no banco superior do sulco lateral próximo ao final posterior da
ínsula, o qual inclui neurônios na parte posterior e superior do córtex insular
granular [Grüsser et al. 1990a]. Com poucas exceções, todos os neurônios
vestibulares no PIVC respondem à estimulação visual e somatosensorial e são
classificados como unidades vestibulares polimodais [Grüsser et al. 1990b]. Sugere-se
que a insula posterior é provavelmente homóloga ao PIVC em macacos e que o
PIVC é a área cortical vestibular dominante e o centro de integração de várias áreas
vestibulares no lobo parietal.
Além disso, acredita-se que a área somatosensorial secundária e o córtex
insular executam um papel importante no processamento de absorção da dor
[Zhang et al. 1999]. Outros relatos sugerem que a sensação termal é representada no
córtex insular [Augustine 1996].
Uma associação da ínsula anterior com a emoção gerada internamente é
sugerida pela sua ativação com a geração de tristeza, ansiedade antecipatória, pânico,
ódio e excitação sexual evocada visualmente [Phillips et al. 1997; Reiman 1997;
Mayberg et al. 1999; Stoleru et al. 1999].
1.3.6 Cerebelo
O cerebelo é considerado, hoje, como uma estrutura especializada na
regulação de funções perceptivas, cognitivas e motoras geradas em outras porções
do sistema nervoso [Kandel 2000; Thach et al. 1992 ]. O estudo das conexões do
cerebelo mostra que cada hemisfério cerebelar controla os neurônios motores do
seu lado, o que é uma importante diferença com os hemisférios cerebrais que
controlam o neurônio motor do lado oposto. Outra importante diferença entre o
Capítulo 1 – Anatomia e Funções Cerebrais
16
cérebro e o cerebelo é que esse funciona sempre em nível involuntário e
inconsciente.
Podemos observar três subdivisões do cerebelo: o arquicerebelo - que está
relacionado com a manutenção do equilíbrio e movimentos de olhos, cabeça e
pescoço durante a imobilidade e movimento; o paleocerebelo - que auxilia no
movimento coordenado do tronco e das pernas; e o neocerebelo - que exerce
controle sobre os movimentos coordenados finos dos membros, particularmente
das extremidades superiores.
A idéia do cerebelo como coordenador de movimentos surgiu entre os
fisiologistas do século XIX, através da observação de animais que apresentaram
distúrbios motores após a remoção ou lesão do órgão. Hoje, o emprego de técnicas
de imagens e outros experimentos neurobiológicos, sugerem que o cerebelo
participa de forma ativa de outras atividades, como raciocínio espacial, distúrbios de
linguagem, compreensão e distinção de fonemas, na memória de curta duração,
aprendizado de tarefas motoras [Kim & Thompson 1997], na atenção, no controle
de atos impulsivos, nas emoções [Allen et al. 1997], nas funções cognitivas
superiores e de percepção [Delgado-Garcia 2001], na habilidade de planejar tarefas
e, possivelmente, até mesmo em condições especiais como a esquizofrenia e o
autismo.
Através de estudos com pessoas e animais saudáveis verificou-se que o
cerebelo apresenta-se ativo durante atividades como fome, sede, audição,
consciência dos movimentos e percepção de dor.
17
Capítulo 2
SISTEMA VESTIBULAR E OCULOMOTOR
2.1 Anatomia e Fisiologia do Sistema Vestibular
O sistema vestibular é responsável por sentir o movimento da cabeça e
manter a estabilidade das imagens na fóvea (área central da retina onde há melhor
acuidade visual) e, também, pelo controle postural durante a locomoção. Sinais
representando os movimentos rotacionais e translacionais da cabeça, como a
inclinação da cabeça relativa à gravidade, são transmitidos para os órgãos
vestibulares no ouvido interno. Essas informações sensoriais são, então, utilizadas
para controlar os reflexos responsáveis por manter a estabilidade das imagens na
fóvea durante os movimentos da cabeça. As informações dos receptores
vestibulares também são importantes para a postura e para o modo de locomoção.
Quando os receptores vestibulares estão funcionando normalmente, esses
promovem uma acurácia excelente da representação dos movimentos da cabeça nas
três dimensões. Desordens das funções vestibulares resultam em anormalidades
desses reflexos e deixam a sensação de informações reflexas anormais sobre a
movimentação dos receptores vestibulares [Minor et al. 1998].
Podemos dividir o sistema vestibular em periférico e central. O sistema
vestibular periférico é composto pelos órgãos otolíticos, responsáveis pelo equilíbrio
estático, que nos fornece a noção exata da posição do corpo e da cabeça com
respeito ao espaço à nossa volta [Hungria 1991], e pelos canais semicirculares, os
quais detectam acelerações angulares. Contudo, o sistema vestibular central é
composto pelos núcleos vestibulares, localizados no soalho do IV ventrículo.
O sistema vestibular está situado no osso temporal, possuindo uma forma
complicada e, por esta razão, é denominado labirinto. Na verdade, há dois labirintos:
um ósseo, que aloja o segundo, o membranoso. O labirinto ósseo consiste de três
partes: a cóclea, o vestíbulo e os canais semicirculares (figura 2.1). A cóclea
apresenta-se como uma espiral em torno de um eixo. Por sua vez o vestíbulo é uma
cavidade oval situada entre a cóclea e os canais semicirculares, apresentando duas
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
18
Figura 2.1 – Estruturas anatômicas do ouvido. Representação do Ouvido Externo, Médio e Interno.
vesículas membranosas – o sáculo e o utrículo. Já os canais semicirculares são três e
dispõem-se de tal modo a ocupar os três planos geométricos, formando entre si
ângulos de cerca de 90º.
2.1.1 Células Ciliadas
As células ciliadas estão presentes tanto nos canais semicirculares como nos
órgãos otolíticos, são as estruturas capazes de transformar o estímulo mecânico
(aceleração) em sinal neural. Essas células sensoriais apresentam dois tipos de cílios:
os cinocílios, em número de um para cada célula, sendo maior e situado
lateralmente, e os estereocílios, mais finos, curtos e numerosos, localizados
lateralmente ao cinocílio. O potencial de membrana da célula ciliada depende da
inclinação destes cílios, da seguinte maneira: inclinação dos cílios na direção do
cinocílio leva a uma despolarização da membrana e na direção contrária à
hiperpolarização (figura 2.2). Esse movimento do estereocílio na direção do
cinocílio nos órgãos vestibulares abre mecanicamente os canais transdutores
localizados na ponta do estereocílio, despolarizando a células ciliada e causando a
liberação dos neurotransmissores excitatórios até as fibras do nervo vestibular.
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
19
Figura 2.2 – Representação das células ciliadas. Quando os estereocílios inclinam-se na direção dos cinocílios causam a despolarização e quando inclinam na direção contrária causam hiperpolarização.
É importante dizer que o conjunto dessas células em cada órgão vestibular
possui uma orientação específica. No canal semicircular horizontal estas células
ciliadas estão organizadas de tal forma que todos os cinocílios estão no sentido do
utrículo, e nos canais semicirculares anterior e posterior estão dispostas de maneira
inversa, com os cinocílios no sentido oposto ao utrículo, o que em ambos os casos
forma um eixo de despolarização. Já no utrículo e no sáculo estas células estão
arranjadas com seus cinocílios na direção de uma linha curva (figura 2.7).
2.1.2 Estruturas e Fisiologia dos Canais Semicirculares
De cada lado do crânio há três canais semicirculares: o horizontal (ou lateral),
o anterior e o posterior (figura 2.3). O canal horizontal, na realidade, não ocupa o
plano horizontal quando a cabeça está em posição normal, pois apresenta, em
relação ao plano horizontal, um ângulo de 30° aberto anteriormente. Esses canais
apresentam-se cheios de endolinfa e estão dispostos perpendicularmente entre si.
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
20
Figura 2.3 – Aparelho Vestibular. Representação dos três canais semicirculares e dos órgãos otolíticos membranosos.
Em uma das extremidades de cada canal semicircular está uma dilatação, a
ampola. Nessa encontram-se as células receptoras ciliadas. Estas, juntamente com as
células de sustentação, formam a crista ampular (figura 2.4). Como estrutura
acessória, há a cúpula gelatinosa, que faz saliência na endolinfa, e enche o interior da
ampola. Como o peso específico da cúpula gelatinosa é igual ao da endolinfa, ela
não se desloca durante a aceleração linear. Como a cúpula preenche a ampola, a
endolinfa não flui ao redor dela. Os estereocílios e cinocílios das células da crista
estão mergulhados na cúpula gelatinosa (figura 2.4).
Figura 2.4 – Representação estrutural da ampola e de suas células ciliadas.
Durante um movimento rotatório, a endolinfa adquire velocidade idêntica à
do ducto semicircular (movimento uniforme). Com a parada do movimento, e pelo
princípio da inércia, a endolinfa continua a deslocar-se no mesmo sentido do
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
21
movimento giratório, até se deter. Essa corrente endolinfática desloca a cúpula e os
cílios da crista ampular, produzindo as sensações subjetivas e objetivas da rotação
[Steinhausen (1933 apud Hungria 1991)].
Quando a cabeça é submetida a uma aceleração angular no plano horizontal,
por exemplo, quando rodamos a cabeça ou a inclinamos para frente e para trás,
existe o deslocamento da endolinfa, afetando a cúpula. O deslocamento da
endolinfa é oposto ao da rotação da cabeça, constituindo uma corrente de endolinfa
em direção à ampola (ampulípeta), no canal horizontal do lado da rotação. Já no
canal oposto, a endolinfa se deslocará em direção oposta à ampola (corrente
ampulífuga) (figura 2.5).
Quando, por exemplo, a cabeça é girada para a esquerda, a corrente
ampulípeta será no canal horizontal esquerdo, e esta determinará um deslocamento
da cúpula em direção ao utrículo. Isso acarretará um deslocamento dos estereocílios
em direção ao cinocílio, esse padrão de inclinação dos cílios da crista ampular direita
por forças tangenciais provocará alterações da permeabilidade da membrana das
células sensoriais e diminuirá o potencial negativo da membrana pela entrada na
célula de íons positivos. Ocorrendo, conseqüentemente, uma despolarização, que
leva ao aparecimento de um potencial de ação, acarretando em uma estimulação
positiva. A freqüência de descarga de repouso que existia nos neurônios aumenta
devido a essa estimulação e o sistema nervoso central é informado de que a cabeça
girou para o lado esquerdo (figura 2.5).
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
22
Figura 2.5 – Observe o movimento de rotação da cabeça para a esquerda na figura (seta vermelha). Repare que os cinocílios de cada crista dos canais semicirculares horizontais estão todos orientados em direção ao utrículo (conjunto de setinhas pequenas). As setas em curvas (verde) representam os movimentos passivos do líquido endolinfático no sentido contrário ao movimento da cabeça. No lado esquerdo o líquido se move em direção à ampola e no lado direito, afastando-se dela.
Como do lado direito a corrente foi ampulífuga, a cúpula inclina-se em
direção oposta ao utrículo e os cinocílios deslocam-se em direção aos estereocílios.
Isso acarreta uma estimulação negativa ineficaz, determinando uma hiperpolarização
nas células receptoras e uma freqüência de descarga menor do que a de repouso nos
neurônios vestibulares. O sistema nervoso central, quando a cabeça gira para a
esquerda, recebe freqüência de descarga maior dos receptores vestibulares deste lado
e menor do lado oposto, interpretando que realmente a cabeça girou para a
esquerda.
Quando o movimento é mantido, a velocidade da endolinfa é a mesma que a
das estruturas dos canais, não havendo estimulação. Ao cessar o movimento que
estávamos realizando para a esquerda, aparecerá uma corrente ampulípeta do lado
direito com estimulação positiva desse lado. Do lado esquerdo, a corrente será
ampulífuga, havendo estimulação negativa.
Como foi exposto, os canais semicirculares detectam a rotação quando a
cabeça começa girar numa direção ou quando a rotação cessa. Logo, a perda de
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
23
funções desses receptores leva a um desequilíbrio relacionado à movimentação
rápida da cabeça. Essas características de funcionamento conferem uma função
preditiva dos canais, uma vez que eles podem determinar o início do movimento de
rotação da cabeça de uma pessoa, comunicando ao sistema nervoso central que a
pessoa estará desequilibrada dentro em pouco, levando à necessidade de correção. A
predição de desequilíbrio permite que o sistema nervoso faça ajustes adequados das
diferentes partes do corpo na tentativa de manter o equilíbrio [Costa et al. 1994].
2.1.3 Estruturas e Fisiologia do Sistema Otolítico
Vimos como o sistema responde a diferenças na aceleração. Contudo,
também temos outro sistema responsável pelo processamento das informações de
inclinação, esses sistema é conhecido como sistema otolítico, e é composto por dois
órgãos, o utrículo e o sáculo, cada um formado por uma membrana basal que
sustenta as células ciliadas. Sobre essas células sensoriais há uma estrutura acessória
de aspecto gelatinoso em que estão mergulhados os cílios das células sensitivas
(figura 2.6). A massa gelatinosa contém muitos cristais de carbonato de cálcio, de
pequenas dimensões, formando a membrana otolítica. Esses cristais, mais densos do
que o material gelatinoso, são chamados otólitos.
Figura 2.6 – Membrana basal dos órgãos otolíticos.
O conjunto das células ciliadas e células de sustentação, que constituem a
estrutura receptora, é chamado mácula. Existe a mácula sacular com sua membrana
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
24
otolítica no sáculo, e a mácula utricular com sua membrana otolítica no utrículo. A
linha curva que atravessa a mácula é denominada estríola (figura 2.7). Quando o
corpo humano encontra-se ereto, a mácula sacular apresenta-se na posição vertical e
a utricular na horizontal [Costa et al. 1994].
Figura 2.7 – Orientação das células ciliadas nas máculas utricular e sacular.
Quando a cabeça está em posição vertical, a mácula utricular estará em
repouso, não havendo estimulação efetiva, pois os cílios estarão verticalizados, sem
forças tangenciais atuando sobre eles. Quando há inclinação da cabeça ocorre uma
descarga de impulsos, espontânea, nos axônios que se ligam às células sensitivas. Na
mácula sacular, devido à sua posição verticalizada, ocorrerá uma estimulação efetiva
porque os otólitos atraídos pela força gravitacional provocam o deslocamento das
membranas otolíticas em relação ao epitélio sensorial da mácula. Assim, os
estereocílios deslocam-se em relação aos cinocílios devido às forças tangenciais a
que são submetidos. Essa inclinação dos cílios altera a permeabilidade da membrana
da célula sensorial, provocando fluxo de íons positivos para o interior da célula,
diminuição do potencial da membrana negativo e, conseqüente, despolarização, com
formação de um potencial de ação. Sua amplitude dependerá da intensidade do
estímulo: quanto maior seu valor, maior será a freqüência de descarga de impulsos
nos axônios das células nervosas da mácula.
Como as células sensoriais são agrupadas de modos diferentes, com seus
cílios em posições opostas na mácula, conforme a posição da cabeça, existirão
células estimuladas positivamente (deslocamento dos estereocílios em direção ao
cinocílio) e células estimuladas negativamente (deslocamento do cinocílio em
direção ao estereocílio). No primeiro caso, a freqüência de descarga de impulsos nos
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
25
axônios será maior do que a freqüência de repouso e, no segundo caso, a freqüência
será menor do que a de repouso. Quando a cabeça forma um ângulo com a vertical,
haverá um deslocamento dos órgãos otolíticos, e devido à gravidade, haverá forças
tangenciais atuando em diferentes máculas e diferentes áreas receptoras em cada
mácula (figura 2.8). Desse modo, todas as posições da cabeça podem ser captadas
pelos axônios das máculas, que enviam essas informações a várias localizações
cerebrais. Tais informações provocam movimentos reflexos que permitem a
adaptação das posições do tronco e dos membros em relação à posição da cabeça,
mantendo assim, o equilíbrio [Costa et al. 1994].
Figura 2.8 Resposta da mácula utricular à inclinação da cabeça. Quando a cabeça está na posição normal (A), as fibras aferentes possuem potenciais de disparo equivalentes nos dois lados da estríola (linhas vermelha e verde). Quando há inclinação da cabeça para a esquerda (B) ou para a direita (C), as células ciliadas e suas inervações são excitadas ou inibidas, dependendo da sua posição em relação a estríola; o peso do otólito causa a deflexão dos estereocílios. As células ciliadas na porção mais inclinada da estríola aumentam o potencial de disparo, e aquelas na porção menos inclinada diminuem o potencial de disparo.
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
26
2.1.4 Caminho Neural do Sistema Vestibular Central
Dos pólos inferiores das células sensoriais partem fibras nervosas que vão
formar o nervo vestibular, o qual é formado pelos nervos vestibulares superior e
inferior. As fibras nervosas provenientes das ampolas lateral e anterior, e do utrículo
reúnem-se para formar o nervo vestibular superior. As fibras do canal posterior e do
sáculo formam o nervo vestibular inferior.
A maioria das fibras dos nervos vestibulares dirige-se aos núcleos
vestibulares, localizados no soalho do IV ventrículo. Algumas se dirigem
diretamente ao cerebelo. Os núcleos enviam fibras ascendentes, tanto diretas como
cruzadas, ao cerebelo, à formação reticular da região do bulbo-protuberancial, aos
núcleos oculomotores e as fibras descendentes para a medula (figura 2.9). Em
ordem de importância, a função dos canais semicirculares consiste em enviar
informações sobre os movimentos da cabeça: 1) aos olhos; 2) à musculatura do
pescoço; 3) à musculatura corpórea em geral [Hungria 1991].
Figura 2.9 – Fibras vestibulares e suas vias ascendentes e descentes.
O sistema vestibular comunica-se com os órgãos através das ramificações
vestibulares no VIII nervo craniano que chega ao cérebro e o cerebelo. Essas
estruturas coordenam muito dos processos necessários para computar a posição e
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
27
articular o movimento da cabeça. Os nervos vestibulares originam-se de uma
população de neurônios, os quais residem no gânglio vestibular ou de Scarpa. Essas
células inervam os canais semicirculares e os órgãos otolíticos, enquanto os
processos centrais projetando-se, através da porção vestibular do VIII nervo
craniano, para os núcleos vestibulares. Os núcleos vestibulares são centros
importantes de integração, recebendo impulsos dos núcleos vestibulares do lado
oposto, como do cerebelo, do sistema visual e do somatosensorial.
Investigações utilizando técnicas de imagem em primatas [Vitte et al. 1996;
Berthoz 1996] indicam que o sistema vestibular cortical apresenta diferentes regiões
envolvidas, como por exemplo, a região pré-motora do córtex frontal (área 6v, área
do córtex do cíngulo), áreas parietais (área 2v, área 7), áreas temporal (VPS e MST) e
uma região central chamada córtex parieto-insular vestibular, constituindo parte da
insula granular e da região retroinsular próxima ao córtex auditivo. Foi sugerido por
Guldin & Grüsser (1998), que essas diferentes áreas processam informações que
possuem ligação com o movimento da cabeça em relação ao espaço e aos
movimentos da cabeça em relação a outras partes do corpo. Além disso, essas áreas
realimentariam informações monosinápticas para os núcleos vestibulares no tronco
encefálico. Portanto, o sistema vestibular cortical deve ser capaz de possuir uma
influência direta nos reflexos vestibulares. O que indica que o sistema vestibular
cortical é fortemente envolvido com a percepção espacial, e, também, na atualização
da representação interna da posição do corpo em relação ao espaço externo e no
estabelecimento da memória espacial [Berthoz et al. 1995]. Existem relatos de que o
PIVC também pode ser encontrado em humanos. Brandt e colegas indicaram que
pacientes com lesões nessa região possuem danos significativos da percepção
subjetiva vertical [Brandt et al. 1994].
2.2 Sistema Oculomotor
Há muitos tipos de movimentos oculares, que servem a diferentes funções.
Quanto à coordenação binocular, podem ser conjugados, se os dois olhos se movem
no mesmo sentido e com mesma velocidade, ou disjuntivos, caso se movam em
sentidos diferentes (convergentes ou divergentes). Quanto à velocidade, podem ser
sacádico, se forem muito rápidos e independentes do movimento dos objetos
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
28
externos, ou de rastreio, se forem lentos e ligados ao deslocamento de algum objeto.
Finalmente, quanto à trajetória podem ser radiais, quando o eixo visual se desloca
angularmente para qualquer direção, ou torcionais, quando ele permanece fixo,
movendo-se o olho em rotação à sua volta. Todos esses movimentos são
coordenados por uma série de músculos, descritos a seguir.
2.2.1 Ações e Inervações dos Músculos Extraoculares
Os músculos motores dos olhos compreendem os músculos reto, superior,
inferior, medial e lateral, e o músculo oblíquo, superior e inferior (figura 2.10). Esses
músculos são responsáveis pelos movimentos dos olhos ao longo de três eixos
diferentes: horizontal, na direção do nariz (adução) ou para longe do nariz
(abdução); vertical, elevação ou depressão; e o torcional, movimentos que trazem o
topo do olho em direção ao nariz (intorção) ou para longe do nariz (extorção).
Figura 2.10 - Representação dos músculos motores do olho. Figura modificada de Purves et al. 2001.
Os movimentos horizontais são controlados inteiramente pelos músculos
reto medial e lateral, responsáveis pela adução e pela abdução, respectivamente.
Outros movimentos mais complexos como a depressão ou elevação do olho requer
a ação coordenada dos músculos reto superior e inferior, com os músculos oblíquos.
A contribuição relativa dos grupos reto e oblíquo depende da posição horizontal do
olho. Na posição primária (olho para frente), os dois grupos contribuem para
movimentos verticais. A elevação é feita pela ação do músculo reto superior e do
músculo oblíquo inferior, enquanto que a depressão é feita pela ação do músculo
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
29
reto inferior e oblíquo superior. Quando os olhos estão abduzidos, o músculo reto é
o primeiro a mover-se na vertical. A elevação é feita pela ação do reto superior e a
depressão é feita pela ação do reto inferior. Quando o olho é aduzido, os músculos
oblíquos são os primeiros a moverem-se na vertical. A elevação é feita pela ação do
músculo oblíquo inferior, enquanto a depressão é feita pela ação do músculo
oblíquo superior. Os músculos oblíquos são também os responsáveis pelo
movimento torcional.
A musculatura extraocular é inervada por neurônios motores que formam os
três nervos cranianos: os abducentes, os trocleares e os oculomotores (figura 2.11).
Os nervos abducentes (VI nervo craniano) deixam o tronco cerebral da junção
ponte-bulbo e inervam o músculo reto lateral. O núcleo troclear (IV nervo craniano)
sai da porção caudal do mesencéfalo chegando ao músculo oblíquo superior. Em
distinção a todos os outros nervos cranianos, o nervo troclear deixa a superfície
dorsal do tronco cerebral e atravessa a linha média para inervar o músculo oblíquo
superior do lado contralateral. O nervo oculomotor (III), o qual sai da parte dorsal
do mesencéfalo, perto do pedúnculo cerebral, projetando-se sobre todo o resto dos
músculos extraoculares.
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
30
Figura 2.11 – Organização dos vários nervos e núcleos cranianos que governam o movimento dos olhos, mostrando suas inervações e as dos músculos extraoculares. Figura modificada de Purves et al. 2001.
2.2.2 Tipos de Movimento dos Olhos e Suas Funções
Existem quatro tipos básicos do movimento dos olhos: movimento sacádico,
movimento de perseguição lenta (rastreio), movimento de vergência e movimento
vestíbulo-ocular. As funções de cada tipo do movimento do olho são introduzidas a
seguir.
2.2.2.1 Movimento Sacádico
São movimentos balísticos dos olhos que mudam de orientação
abruptamente para um ponto de fixação. O alcance na amplitude vai desde
movimentos pequenos que fazemos, por exemplo, enquanto estamos lendo, até
movimentos maiores que fazemos enquanto olhamos fixamente ao redor de uma
sala. O movimento sacádico pode ser voluntário, mas também ocorre
reflexivamente toda vez que os olhos estiverem abertos, mesmo enquanto estamos
fixando um alvo.
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
31
A evolução temporal de um movimento sacádico é mostrada na figura 2.12.
Após o acesso de um alvo para o movimento sacádico (neste exemplo, o estímulo
foi o movimento de um alvo já fixado), há um atraso de 200 ms antes de começar o
movimento do olho. Durante esse atraso, a posição do olho em relação à fóvea é
computada, e a diferença entre a posição inicial e a de destino, ou “erro motor”, é
convertido num comando motor que ativa os músculos extraoculares para mover o
olho para a direção apropriada. Se o alvo move de novo durante esse tempo, o
movimento sacádico irá perder o alvo e um segundo movimento sacádico precisa
ser feito para corrigir o erro.
Figura 2.12 – Métrica do movimento sacádico do olho. A linha vermelha indica a posição de um alvo fixo, a linha azul indica a posição da fóvea. Quando o alvo move repentinamente para a direita, há um atraso de 200 ms antes do olho começar a mover para a nova posição do alvo. Figura modificada de Purves et al. 2001.
Uma visão geral do controle neural para o movimento sacádico pode ser
descrita como uma informação visual originada no lobo occipital tornando-se
saliente no lobo parietal devido a diversas áreas de atenção. Essas áreas de atenção
estão localizadas na parte posterior do SPL (Superior Parietal Lobe), e na parte
posterior do IPS (Intraparietal Sulcus) e talvez em outras áreas intraparietais como o
IPL (Inferior Parietal Lobe) (giro supramarginal e giro angular) [Wardak et al. 2002;
Bilsey & Goldberg 2003]. Um sacade reflexivo é provocado pelo PEF (Parietal Eye
Field) caso as circunstâncias externas requeiram uma resposta rápida. Esse reflexo é
produzido via tracto parieto-colicular direto, passando pela parte posterior da
cápsula interna. No caso de uma resposta atrasada, a informação visual é transmitida
do PEF ao FEF (Frontal Eye Field) para fixação operante e pela área intraparietal
para o DLPFC (Dorsolateral Prefrontal Cortex) para memorização espacial. A execução
de um sacade intencional é realizada pelo FEF, o qual está preparado para
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
32
responder a influência do giro do cíngulo, o que influência, via um processo de
motivação intencional, todas as outras áreas oculomotoras frontais [Pierrot-
Deseilligny et al. 2004].
2.2.2.2 Movimento de Perseguição Lenta
São movimentos de rastreio do olho designados para manter na fóvea um
estímulo que se movimenta lentamente. Tais movimentos possuem controle
voluntário, no sentido que o observador pode escolher acompanhar ou não um
estímulo em movimento. Surpreendentemente, no entanto, somente observadores
treinados podem fazer um movimento de rastreio lento na ausência de um alvo em
movimento. A maioria das pessoas que tentam mover seus olhos em rastreio sem
um alvo em movimento acaba por fazer um movimento sacádico involuntário.
Um modelo para o circuito neural do movimento de perseguição lenta
descrito por Krauzlis [Krauzlis 2004] consiste em um circuito aparentemente
simples, o qual conecta áreas dos lobos temporal e frontal com regiões motoras do
cerebelo relacionadas à perseguição. As áreas temporal média (Middle Temporal –
MT) e temporal média superior (Medial Superior Temporal – MST), no sulco temporal
superior, processam o movimento visual e os sinais oculomotores, que são
tipicamente requeridos para o movimento de perseguição. Esses são transmitidos
para os flóculos e para os paraflóculos ventrais, via núcleos visuo-motores, no
núcleo pontino, primeiramente ao núcleo pontino dorsolateral. Essas regiões
cerebelares acessam as saídas dos núcleos motores dos músculos dos olhos através
da projeção nos núcleos vestibulares. Em paralelo com esse caminho, um segundo
caminho cortico-ponto-cerebelar origina-se no FEF e continua através dos núcleos
reticulares tegmento pontino, os quais, como o núcleo pontino dorsolateral,
promovem saídas exclusivamente para o cerebelo, nesse caso para os lobos VI e VII
do vermis. Outras regiões corticais também estão envolvidas no controle neural do
movimento de perseguição lenta, como o SEF (Suplementary Eye Field) e também
áreas parietais, as quais incluem o PEF e a região parieto-occipital, a qual está
relacionada com mudanças de atenção. A maioria das áreas corticais que mediam o
sistema de perseguição lenta mostra algumas sobreposições com o sistema do
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
33
movimento sacádico [Petiti & Haxby 1999; O’Driscoll et al. 2000; Heide et al. 2001;
Schmid et al. 2001; Tanabe et al. 2002].
2.2.2.3 Movimento de Vergência
É o movimento responsável por alinhar a fóvea de cada olho com alvos
localizados em diferentes distâncias do observador. Diferente de outros tipos de
movimento dos olhos nos quais os dois olhos movem-se na mesma direção, os
movimentos de vergência não são conjugados, eles envolvem a convergência ou
divergência das linhas de observação de cada olho para ver um objeto que está perto
ou longe. Convergência é uma das três respostas reflexivas visuais obtidas pelo
interesse em um objeto que está próximo. As outras componentes são acomodações
das lentes, as quais trazem o objeto para o foco, e contração da pupila, a qual cresce
a profundidade do campo e a nitidez da imagem na retina.
2.2.2.4 Movimento Vestíbulo-Ocular
Esse tipo de movimento estabiliza o olho em relação ao mundo externo, é
uma compensação dos movimentos da cabeça. Essa resposta reflexiva previne que a
imagem visual “deslize” na superfície da retina quando a posição da cabeça varia. A
ação do movimento vestíbulo-ocular pode ser apreciada fixando um objeto e
movendo a cabeça de um lado para o outro, os olhos automaticamente compensam
os movimentos da cabeça movendo na mesma direção, para o lado oposto,
mantendo, assim, a imagem do objeto mais ou menos no mesmo lugar na retina. O
sistema vestibular detecta breves mudanças transientes da posição da cabeça e
produz rapidamente movimentos corretivos do olho. Informações sensoriais dos
canais semicirculares direcionam o olho para mover-se na direção oposta ao do
movimento da cabeça. Enquanto o sistema vestibular opera efetivamente pra
neutralizar rápidos movimentos da cabeça, ele é relativamente insensível a
movimentos lentos ou a rotações persistentes da cabeça. Por exemplo, se o reflexo
vestíbulo-ocular é testado com uma rotação contínua e sem estímulo visual sobre o
movimento da imagem, i.e., com os olhos fechados ou no escuro, o movimento
compensatório dos olhos cessa após 30 s de rotação. No entanto, se o mesmo teste
é feito com estímulo visual, o movimento dos olhos persiste. O movimento
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
34
compensatório dos olhos neste caso é feito pela ativação do sistema de perseguição
lenta, o qual não “confia” na informação vestibular, mas no estímulo visual
indicando movimento do campo visual.
2.2.3 Avaliação Otoneurológica
A integração realizada pelo Sistema Nervoso Central (SNC) tem que incluir,
além dos sinais de natureza diversa que lhe são enviados, um outro tipo de
integração relacionada à distribuição espacial dos receptores periféricos. Uma vez
que existem dois conjuntos completos de receptores, um de cada lado do crânio,
pressupõe-se que as mensagens enviadas ao SNC pelos dois conjuntos devam ser
harmônicas. A integração central pode, contudo, acomodar diferenças entre os dois
sistemas desde que sejam constantes, mas não pode acomodar diferenças súbitas ou
transitórias. Estas diferenças representam a causa essencial das vertigens periféricas.
O fenômeno da compensação labiríntica é de grande importância para o
tratamento clínico cirúrgico das labirintopatias periféricas. Na verdade, existe uma
fase inicial de supressão em que os testes labirínticos não provocam respostas nem
do lado são, nem do lado lesado. Gradativamente, começam a ressurgir as respostas,
a princípio mais intensas do lado são, e, aí, já está em uma fase de compensação
propriamente dita.
Nem todos os distúrbios periféricos, contudo, exigem compensação.
Pequenas diferenças entre os dois lados são corrigidas por um mecanismo mais
simples, que é o da acomodação. Estímulos labirínticos repetidos, tais como
acontecem nas piruetas das bailarinas e patinadores do gelo, induzem a uma
habituação, também de origem central, mas com nítidas características de
aprendizado e retenção.
A inter-relação vestíbulo-oculomotora é da mais alta importância. A
locomoção do corpo implica em movimentos complexos, que exigem a
compensação dos movimentos dos olhos, de acordo com os movimentos da cabeça.
Os movimentos compensatórios dos olhos têm o nome de nistagmos e apresentam,
em circunstâncias fisiológicas, amplitudes pequenas. Nas doenças vestibulares,
contudo, após excitarmos os receptores periféricos de várias formas, poderemos
registrar, ou mesmo tornar visíveis, a olho nu, esses movimentos.
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
35
Observa-se que o nistagmo apresenta uma componente rápida e uma
componente lenta. A primeira é a que se observa mais nitidamente e, por
convenção, a direção do nistagmo é a direção da sua componente mais rápida. Ela
se origina da formação reticular e parece constituir um movimento inicial,
preparatório, para os movimentos de compensação da posição do globo ocular. A
componente lenta, por sua vez, origina-se, efetivamente, do sistema vestibular, e o
seu estudo representa, no momento presente, a melhor estimativa da função
vestibular [Hungria 1991].
Entretanto, nem todos os nistagmos são vestibulares, há o nistagmo
optocinético. O nistagmo optocinético é uma resposta reflexiva normal dos olhos
em resposta a movimentos de larga escala da cena visual por exemplo, é o nistagmo
optocinético que um observador imaginário perceberia, através da janela de um trem
em movimento, nos olhos de um passageiro, a contemplar a paisagem. Esse tipo de
movimento dos olhos não deve ser confundida com o nistagmo patológico que
pode resultar de certos tipos de lesão do cérebro, por exemplo, lesão do sistema
vestibular ou do cerebelo, que é fisiológico, resultando do deslocamento das
imagens visuais na retina. E há o nistagmo ocular, presente em indivíduos com
distúrbios de musculatura ocular, com perda da capacidade de fixação visual, mas
com perfeito equilíbrio [Mangabeira 1973].
A exploração clínica do aparelho vestibular, comumente denominada exame
otoneurológico, permite a obtenção de dados sobre o funcionamento dos receptores
periféricos e sobre os diferentes setores das vias vestibulares centrais. Trata-se de
um teste que investiga, de maneira importante, a função da formação reticular, daí a
sua grande sensibilidade em relação a patologias neurológicas [Brandt & Scrupp
2005]. Procuraremos descrever, em linhas gerais, as etapas dessa avaliação clínica.
2.2.3.1 Descrição dos Testes Otoneurológicos
O estudo dos movimentos oculares é realizado através de vários tipos de
provas. Inicialmente, estudam-se os movimentos oculares espontâneos (encontrado
no olhar de frente) e semi-espontâneos (nas posições cardinais do olhar), obtidos
solicitando-se ao paciente que execute movimentos voluntários dos olhos. Depois, o
Capítulo 2 - Sistema Vestibular e Oculomotor
36
rastreio ocular, o nistagmo optocinético e o nistagmo induzido por estímulos
rotatórios – essa prova utiliza uma cadeira rotatória com o intuito de estimular,
simultaneamente, os dois labirintos – e calóricos, nessa estimula-se cada ouvido com
água ou ar, em temperaturas que provoquem correntes de convecção na endolinfa,
deslocando mecanicamente as cristas. A grande importância da prova calórica é a
estimulação isolada de apenas um canal lateral de cada vez.
Nos dias atuais, a maioria dos otoneurologistas utiliza a electronistagmografia
(ENG) para o registro elétrico dos movimentos do olho durante os estudos da
função labiríntica, permitindo diagnósticos mais precisos. Nos últimos anos, tem-se
realizado pesquisas com a vectoelectronistagmografia (VENG), um método de
registro com três canais que permite a detecção de nistagmos de direção oblíqua,
sensibilizando ainda mais os recursos diagnósticos [Hungria 1991].
Uma outra maneira de avaliarmos as funções vestibulares no nível cortical e
subcortical é através da fMRI. A fMRI tornou-se uma das principais técnicas de
mapeamento das funções cerebrais nos últimos anos, principalmente, por ser uma
técnica não-evasiva e pela sua ótima resolução temporal [Ogawa et al. 1990a,b; Di
Salle et al. 1999]. Para um melhor entendimento dessa técnica ela será descrita em
seguida.
37
Capítulo 3
fMRI
3.1 Fluxo Sanguíneo Cerebral, Metabolismo e Atividade Neural
A maioria das técnicas de imagem, em particular as utilizadas para avaliar a
função cerebral, faz uso da conexão existente entre o fluxo sanguíneo cerebral,
Cerebral Blood Flow (CBF), a demanda de energia e a atividade neural.
Angelo Mosso, em 1881, foi o primeiro a demonstrar a correlação entre a
demanda da energia e o CBF. Ele mediu a pulsação cerebral de um paciente, com
uma lesão ao longo de todo o lobo frontal. Mosso observou um aumento repentino
na pulsação, presumivelmente devido ao aumento de fluxo, imediatamente após o
paciente ser instruído a realizar um simples cálculo aritmético [Mosso (1881 apud
Logothetis 2002)]. Por sua vez, as primeiras evidências experimentais, em pequenos
animais, da ligação entre fluxo e atividade neural foram fornecidas por Roy e
Sherrington, em 1890. Neste trabalho eles indicaram que alguns efeitos do
metabolismo cerebral estimulava a atividade vasomotora, a qual provavelmente
alterava o fornecimento vascular regional em reposta à variação local da atividade
funcional [Roy & Sherrington (1890 apud Logothetis 2002)]. Alguns anos depois,
em 1928, o neurocirurgião John Fulton [Fulton (1928 apud Logothetis 2002)],
relatou um aumento de fluxo sanguíneo acompanhado por um aumento na
atividade neural regional no lobo occipital, em um outro paciente.
A primeira medida quantitativa da relação entre o fluxo sanguíneo cerebral
regional e o consumo de oxigênio em humanos foi realizada utilizando técnicas de
radio-traçadores desenvolvida por Ter Pogossian et al. (1970 apud Logothetis 2002)
e Raichle et al. (1976 apud Logothetis 2002). As imagens de tomografia por emissão
de pósitrons (PET) mostraram que mapas de ativação cerebral regional podem ser
produzidos detectando o efeito indireto da atividade neural a algumas variáveis
como, CBF [Fox et al. (1988 apud Logothetis 2002)], o volume de sangue cerebral,
do inglês, Cerebral Blood Volume (CBV) [Fox & Raichle 1986], e oxigenação sanguínea
[Fox & Raichle 1986; Fox et al. (1988 apud Logothetis 2002)].
Capítulo 3 – fMRI
38
Finalmente, nas últimas décadas, outra técnica tem sido utilizada, que
combina investigações anatômicas e funcionais. Esse novo método é a Ressonância
Magnética Funcional (Functional Magnetic Resonance Imaging – fMRI), que oferece uma
melhora substancial da resolução espaço-temporal comparado a qualquer outro
método não-invasivo [Logothetis 2002]. Como essa técnica baseia-se nas imagens
por ressonância magnética, achamos importante fazer uma introdução, ainda que
superficial, do mecanismo de formação das imagens por ressonância magnética, ou
Magnetic Resonance Imaging (MRI).
3.2 Princípios Físicos de Imagem por Ressonância Magnética
3.2.1 Magnetização Nuclear
As imagens por Ressonância Magnética Nuclear (Nuclear Magnetic Resonance –
NMR) exploram as diferenças de algumas propriedades da magnetização criada por
um campo magnético estático intenso. Para uma melhor descrição desse fenômeno
devemos introduzir alguns conceitos básicos.
Toda a matéria é composta por átomos, os quais contém três tipos de
partículas, os prótons, os nêutrons e os elétrons. Os prótons e nêutrons compõem o
núcleo. Entretanto, diferentes átomos possuem diferentes composições nucelares.
O núcleo de hidrogênio, o mais abundante no corpo humano, contém apenas um
próton (número atômico e massa igual a 1).
As leis do eletromagnetismo afirmam que um campo magnético é criado
quando uma partícula carregada se move. No modelo clássico, o núcleo de
hidrogênio possui um elétron com carga negativa que efetua uma rotação, em torno
do próton, que causará um campo magnético induzido, como um pequeno
magneto. Esse magneto é representado pelo momento magnético μ. Analogamente,
também podemos associar aos próton e nêutrons um momento magnético μ. Desse
modo, átomos com prótons ou nêutrons desemparelhados apresentarão uma
propriedade de possuir um momento magnético nuclear.
Na ausência de um campo magnético aplicado, os momentos magnéticos
têm uma orientação ao acaso. Já, quando os núcleos estão na presença de um campo
Capítulo 3 – fMRI
39
magnético, estes alinham-se ao campo e precessionam em torno da direção do
campo. Essa freqüência de precessão é dada pela chamada equação de Larmor,
πγ2
0Bf = , (3.1)
em que f é a freqüência de precessão (em Hz), γ é uma constante chamada de razão
giromagnética e B0 é o campo magnético estático.
A excitação desse sistema, ou ressonância, é proporcionada por um pulso de
radiofreqüência (RF), na freqüência de Larmor do átomo em questão, quando
alguns spins no estado de mais baixa energia absorvem essa energia e transitam para
um estado de maior energia. Como a excitação destrói o equilíbrio térmico,
imediatamente após o pulso de RF, o excesso de spins no nível mais alto de energia
retorna gradualmente ao seu estado de equilíbrio emitindo energia na mesma
freqüência da onda de rádio, que pode ser detectado por uma bobina. A tensão
induzida na bobina receptora de RF tem característica de um co-seno amortecido e
é conhecido como FID (Free Induction Decay).
O primeiro sinal de ressonância foi medido em 1946 por dois grupos
trabalhando independentemente, Bloch et al. (1946 apud de Araújo 2002), em
Stanford, e Purcell et al. (1946 apud de Araújo 2002), em Harvard. Eles foram
capazes de medir o sinal de ressonância de uma amostra de água e de parafina,
respectivamente.
3.2.2 Processo de Relaxação
Vimos que após a excitação do sistema, ele tende a retornar para o estado de
mais baixa energia. Esse processo de relaxação é um dos responsáveis pela formação
de uma imagem por ressonância. O processo pelo qual extraímos a informação
espacial para produzir uma imagem e o processo que gera o contraste entre as
estruturas da imagem, isto é, a diferença entre tecidos é diretamente dependente da
densidade de spin, dos chamados tempos de relaxação T1 e T2, e outros parâmetros
físicos do tecido, como a difusão, perfusão ou fluxo.
A densidade de prótons é determinada pelo número de spins que contribuem
para a magnetização transversal, componente da magnetização perpendicular ao
campo magnético estático. Em tecidos biológicos, isso corresponde basicamente à
Capítulo 3 – fMRI
40
concentração de água e gordura. O tempo de relaxação T1 (longitudinal) é um
processo exponencial referente à reconstrução da magnetização longitudinal “z” (ao
longo da direção B0). Esse retorno ocorre devido ao movimento Browniano das
moléculas vizinhas, o qual gera flutuações do campo magnético. Quanto mais
próxima a flutuação está da freqüência de Larmor, mais rápida é a relaxação. As
diferenças entre os valores da relaxação T1 dos tecidos provocam o contraste em
imagens ponderadas em T1. T2, também chamado de tempo de relaxação
transversal ou spin-spin, reflete a defasagem dos spins do plano “xy”, isso é causado
pela alteração do campo local, a qual induz uma alteração na freqüência de
precessão. Tal variação aleatória do campo altera a freqüência de precessão dos
prótons, resultando numa perda de coerência de fase e conseqüentemente da
magnetização transversal.
Na realidade, um outro processo também contribui para a diminuição de T2:
a inomogeneidade do campo estático. Esse fato leva à necessidade de definirmos o
tempo de relaxação T2*, que reflete as variações devido aos dois processos
independentes: inomogeneidade de campo e flutuações locais devido à vizinhança.
3.2.3 Princípio da Formação de Imagem
Para criarmos uma imagem a partir de um processo físico, como, por
exemplo, a NMR, devemos criar uma codificação da informação espacial desse
processo. Lauterbur, em 1973, mostrou que projeções de um objeto podem ser
geradas e as imagens podem ser reconstruídas, como em tomografia
computadorizada por Raios-X, pela superposição de gradiente de campo linear
sobre o campo estático principal [Lauterbur (1973 apud Logothetis 2002)]. Aqui, o
termo gradiente designa a alteração dinâmica do campo magnético ao longo de uma
dimensão particular (por exemplo, x
BzGx ∂∂
= ). Assim, se aplicarmos gradientes de
campo magnético nas 3 direções, a equação de Larmor torna-se:
( )zGyGxGB zyx +++= 0γω (3.2)
O gradiente determina uma extensão das freqüências de Larmor, e essas freqüências
podem promover informação exata da posição.
Capítulo 3 – fMRI
41
Existem alguns elementos básicos nas seqüências de MRI para a codificação
da informação espacial, isto é, gradientes para a seleção da fatia (Gz), para a
codificação da freqüência (leitura) (Gx) e para a codificação de fase (Gy).
Para uma melhor compreensão de como é adquirida uma imagem, a figura
3.1 mostra um diagrama típico da seqüência de pulso do tipo spin eco.
Figura 3.1 – Diagrama simplificado de uma seqüência de pulso. TE, tempo ao eco; TR, tempo de repetição; Gx, Gy, Gz, gradientes de codificação de freqüência, de codificação de fase e de seleção de fatia, respectivamente. Figura modificada de Logothetis 2002.
A seqüência de pulsos é composta por três fases distintas: (i) a preparação da
magnetização transversal, (ii) a coleta real dos dados, e (iii) recuperação suficiente da
magnetização longitudinal antes da próxima repetição começar. Na primeira fase, o
gradiente de seleção de fatia (Gz) é aplicado durante um pulso de RF de 90º. O
gradiente de codificação de fase (Gy) é aplicado logo após o término do pulso de
RF. Quando o gradiente é desligado, todos os spins retornam para uma condição de
freqüência uniforme, e a informação espacial é preservada apenas na forma de seus
ângulos de fase, os quais permanecem diferentes de acordo com suas localizações ao
longo do eixo y (por isso a direção de codificação de fase). Para a recuperação da
informação de fase individual, é necessário que os gradientes de codificação de fase
tenham diferentes amplitudes durante cada repetição. Um segundo pulso de RF
(180º) combinado com um segundo gradiente de seleção de fatia inverte a fase da
Capítulo 3 – fMRI
42
magnetização transversal e, então, produz um eco de spin após o tempo TE/2.
Finalmente, um terceiro gradiente (Gx) é utilizado para criar a dependência na
posição da freqüência durante a coleta do eco de spin.
Para uma imagem com NxNy pixels, os pontos Nx são amostrados com o
mesmo gradiente de leitura Gx, enquanto que na codificação da fase o gradiente Gy é
aumentado com o tempo. Em cada etapa de leitura, o sinal coletado consiste da
mesma freqüência diferindo apenas na fase. Os dados adquiridos da matriz NxNy,
são usualmente denominados espaço-k (Figura 3.2c), com:
∫= dtGk zyxzyx ,,,, γ , (3.3)
representando a imagem no domínio do espaço recíproco [Jezzard & Clare 2001].
Para entendermos melhor como se dá essa nova representação, vejamos a
figura 3.2. A figura 3.2a mostra um pulso de RF típico utilizado para excitar os spins
nucleares e transferir a macromagnetização para o plano transversal. Na figura 3.2b
observamos as componentes real e imaginária do sinal de ressonância. Em 3.2c
mostramos a seqüência de pulsos representada no espaço-k em um experimento de
eco de spin. Cada linha é um eco com a mesma composição de freqüência, mas com
diferentes codificações de fase. Linhas superiores e inferiores possuem o maior
gradiente de codificação de fase e por isso, maior defasagem (sinal mais fraco). O
maior eco está no centro do espaço-k, onde não ocorre codificação de fase. Em 3.2d
observamos a transformada de Fourier ao longo da direção de leitura. Finalmente,
em 3.2e vemos a transformada de Fourier ao longo da direção da codificação de
fase, resultando na imagem final.
Capítulo 3 – fMRI
43
Figura 3.2 – Formação da imagem. Figura modificada de Logothetis 2002.
3.2.4 Seqüência de Pulso Eco-Planar
Em muitos métodos de MRI, a aquisição de cada linha no espaço-k é
precedida pela excitação de RF. O pulso de TR (Tempo de Repetição) é imposto
pela razão da recuperação da magnetização longitudinal, e as etapas da codificação
de fase são determinadas pela resolução desejada. Decrescendo qualquer uma
dessas, a qualidade da imagem será afetada. Isso torna muito lentas as aquisições das
imagens convencionais de alta resolução espacial se comparamos o sinal de MRI
com a atividade neural fundamental. A seqüência de pulso do tipo eco-planar (eco-
planar imaging – EPI) [Mansfield (1977 apud de Araújo 2002)] permite a aquisição
muito mais rápida dos dados. A velocidade da EPI vem da habilidade de amostrar
uma matriz bi-dimensional inteira no espaço-k pela aplicação de um único pulso de
radiofreqüência. Isso pode ser visto esquematicamente na figura 3.3a, a qual mostra
uma seqüência do tipo EPI, moldado no espaço-k (Figura 3.3b).
Capítulo 3 – fMRI
44
Figura 3.3 – Diagrama da seqüência de pulso EPI (a) e representação do espaço-k (b).
Seguindo a seleção da imagem, (imediatamente após cada coordenada do
espaço-k em (0,0)) gradientes negativos, Gx e Gy, são aplicados para posicionar a
coordenada do espaço-k no seu canto inferior esquerdo. Uma única linha na direção
Kx do espaço-k é então adquirida. Um pequeno gradiente positivo é então aplicado
(sem re-excitar os spins) para mover as coordenadas do espaço-k uma linha para
cima (durante esse tempo nenhum dado é coletado). Um gradiente Gx negativo
então dirige as coordenadas do espaço-k para trás e varre uma segunda linha,
adquirindo os dados. Esse processo de utilizar um pequeno acréscimo do gradiente
Gy para posicionar as coordenadas do espaço-k uma linha acima, seguido por um
gradiente Gx positivo ou negativo para dirigir a trajetória para frente ou para trás
através do Kx, esse processo é repetido até que todo o espaço-k tenha sido
preenchido. A espessura da fatia pode ser ajustada alterando a intensidade do
gradiente de campo, e a posição central da fatia pode ser ajustada alterando a
freqüência do pulso de excitação.
Há restrições que afetam a escolha de uma seqüência de pulso EPI.
Primeiramente, o fato do sinal decair com a constante de tempo T2* durante a
aquisição do espaço-k. Isso implica em uma seqüência bastante afetada por artefatos
de susceptibilidade. Tipicamente, são adquiridas imagens com matrizes de 64 x 64
ou 128 x 128 com um único pulso de RF. Mas essa penalidade na resolução da
imagem é compensada por uma melhora significativa da resolução temporal. Uma
Capítulo 3 – fMRI
45
imagem EPI de 64 x 64 ou de 128 x 128 pode ser adquirida em até 30 ms, com uma
varredura do volume total de 2 a 4 s [Jezzard & Clare 2001].
3.3 fMRI com Contraste BOLD
Linus Pauling, em 1936, mostrou que a propriedade magnética da molécula
de hemoglobina dependia da sua ligação com o oxigênio. A hemoglobina oxigenada
(Hb) é diamagnética, isto é, não possui elétrons desemparelhados e seu momento
magnético é zero. Já, a hemoglobina deoxigenada (dHb) é paramagnética. Ela possui
dois elétrons desemparelhados e um momento magnético diferente de zero. Mas,
foram Thulborn e colegas que mostraram que a natureza paramagnética da
hemoglobina deoxigenada (dHb) influenciava no sinal de MR. Nesse trabalho,
Thulborn et al. mostraram que havia pouca diferença entre os valores da relaxação
transversal para a Hb e a dHb, a baixos campos (i. e., campos menores que 1.0 T)
mas, a fortes campos magnéticos (i. e., campos maiores que 1.5 T) esses valores
diferenciavam significativamente [Thulborn et al. (1982 apud Huettel et al. 2004)].
Baseado em relatos prévios de que a desoxigenação decresce o valor de T2*
no sangue, Ogawa e colaboradores (1990a) hipotetizaram que a manipulação da
proporção de oxigênio no sangue deveria afetar a visibilidade dos vasos sanguíneos
em imagens ponderadas em T2*. Eles testaram essa hipótese com experiência em
roedores anestesiados, utilizando um tomógrafo de alto campo (7 T e 8.4 T),
manipulando a proporção de oxigênio que o animal respirava. Quando os roedores
estavam respirando 100 % de oxigênio ou 100 % de monóxido de carbono, imagens
por seqüência do tipo gradiente-eco dos cérebros dos roedores mostraram
diferenças estruturais, mas poucos vasos sanguíneos. Mas quando os roedores
respiravam normalmente (21 % de oxigênio), as imagens mostraram um caráter bem
diferente. Linhas finas escuras tornaram-se visíveis no córtex cerebral. Se a
concentração de oxigênio fosse reduzida a 0 %, as linhas tornavam-se ainda mais
proeminentes. Ogawa e colaboradores concluíram que essas linhas finas
representavam o efeito da susceptibilidade magnética causada pela presença da dHb
paramagnética nos vasos sanguíneos, os quais causam distorções locais do campo
em imagens por seqüência do tipo gradiente-eco. Em outras condições, devido à
Capítulo 3 – fMRI
46
hemoglobina estar ligada ao oxigênio e ao monóxido de carbono ela provocava
pouco efeito no campo magnético [Ogawa et al. 1990a].
Ogawa e colaboradores consideraram que esse relato, o qual viria a ser
chamado de contraste blood-oxygenation-level dependent (BOLD), poderia possibilitar a
medida de mudanças na atividade cerebral. Eles hipotetizaram, então, dois possíveis
mecanismos para o contraste BOLD: mudanças no metabolismo do oxigênio ou
mudanças no fluxo sanguíneo. No primeiro mecanismo, a atividade neural causaria
aumento da demanda metabólica e, então, aumento do consumo de oxigênio. Isso
aumentaria a quantidade de dHb, dando um contraste do fluxo sanguíneos. No
segundo mecanismo, o aumento da demanda metabólica decresceria a quantidade de
dHb.
Em seu próximo experimento in vivo, Ogawa e colegas (1990b) manipularam
a indução de gases em ratos anestesiados enquanto mediam o contraste BOLD em
alto campo. Para verificar que o contraste BOLD resultava, ao menos em parte, da
demanda metabólica do oxigênio, eles compararam níveis altos e baixos de
anestesia. O contraste BOLD foi muito maior a níveis de baixa anestesia comparado
a níveis de alta anestesia. Esses resultados indicaram que a demanda metabólica para
o oxigênio era pré-requisito para o contraste BOLD [Ogawa et al. 1990b].
Resumindo, o contraste BOLD depende da quantidade de dHb presente na
região cerebral, o que por sua vez depende do balanço entre o consumo de oxigênio
e o fornecimento de oxigênio. Entretanto, parece razoável que o aumento da
atividade neural resulte num aumento do consumo de oxigênio e então um maior
decréscimo do sinal MR, como Ogawa e colegas originalmente hipotetizaram. No
entanto, quando nós medimos um aumento da atividade neural nós encontramos
um aumento de sinal de MR.
As observações de Fox et al. (1988 apud Huettel et al. 2004) explicam esse
paradoxo. A disparidade entre a utilização do oxigênio e a demanda de oxigênio
significa que mais oxigênio é fornecido para uma região cerebral do que é
consumido. O contraste BOLD que acompanha a atividade neural ocorre não
porque a Hb aumenta a sinal de MR, mas porque ela substitui a dHb que tem
ocultado a intensidade do sinal de MR [Fox et al. (1988 apud Huettel et al. 2004)].
Capítulo 3 – fMRI
47
Os primeiros estudos com o contraste BOLD em fMRI foram relatados em
1992 pro três grupos distintos. Kwong et al. utilizaram uma seqüência do tipo
gradiente-eco EPI para estudar a atividade do córtex visual [Kwong et al. 1992].
Ogawa et al. publicaram um estudo similar, no qual avaliaram a mudança do sinal
fMRI numa seqüência gradiente-eco quando era apresentado um estímulo visual de
longa duração [Ogawa et al. 1992]. O terceiro trabalho publicado em 1992 foi por
Bandettini e colegas, no qual relaram atividade significativa no córtex motor
primário através da utilização de uma tarefa motora [Bandettini et al. 1992].
3.4 Método de Aquisição das Imagens
Atualmente, um exame típico de fMRI é dividido, basicamente, em duas
partes. Em um primeiro momento, são adquiridas as imagens EPI que resultam nas
localizações funcionais para uma região cerebral específica. Em seguida, um
segundo conjunto de imagens é obtido. Nessa série, o paciente/voluntário deve
permanecer imóvel. As imagens têm por objetivo servir de substrato para a
representação dos resultados estatísticos, uma vez que apresentam uma boa
resolução anatômica, com voxels de, pelo menos, 1,5 mm3 [de Araújo 2002].
3.4.1 Paradigmas
Os paradigmas em fMRI correspondem a uma série de tarefas apresentadas
ou a serem apresentadas aos indivíduos a fim de se observar áreas de atividade
cerebral. O seu planejamento é fundamental para a obtenção de bons resultados,
que reflitam a atividade de regiões específicas de interesse, devendo engajar uma
circuitaria neuronal bastante restrita.
Os paradigmas são desenhados a partir de estímulos, enquadrados em três
grupos, que determinam a maneira de pós-processamento das imagens: paradigmas
em bloco, alternam períodos de atividade (“on”) com períodos de repouso (“off”),
paradigmas contínuos ou paramétricos em que os estímulos são apresentados
continuamente, em geral de forma aleatória e os paradigmas evento-relacionado em
que os estímulos são apresentados por um curto período e são intercalados com
Capítulo 3 – fMRI
48
longos períodos de repouso. Aqui, descreveremos com mais detalhes apenas o
paradigma em bloco, que utilizamos nesse trabalho.
O paradigma em bloco é o mais utilizado atualmente em experiências de
fMRI. O sinal adquirido durante uma condição de bloco é comparada a outro bloco
envolvendo diferentes condições de tarefas. Para efeito de ilustração, imagine um
protocolo de imagens funcionais projetado para o isolamento e mapeamento da
atividade cerebral associada ao movimento voluntário dos dedos das mãos.
Enquanto as imagens funcionais estão sendo adquiridas, um paradigma
experimental em bloco é aplicado, de acordo com a figura 3.4b. Nela observamos
um diagrama de tempo demonstrando a ocorrência de um paradigma de dois
estados. Em um primeiro instante, formando a linha de base, o voluntário/paciente
encontra-se na condição de repouso: não há movimentação dos dedos. Esses
períodos são intercalados por condições ativas, nas quais ocorre a movimentação
dos dedos. O processo é repetido até que um número suficiente de imagens seja
obtido. No diagrama 3.4b, ilustramos a situação em que oito períodos de inatividade
são intercalados com oito períodos de movimento das mãos.
Figura 3.4 – Sinal típico de um pixel em um paradigma de bloco (a) e sua função de correlação (b) indicada pela presença temporal de tarefa realizada [de Araújo 2002].
Capítulo 3 – fMRI
49
Como resultado, voxels da imagem presentes em regiões corticais ativas são
seguidos de alterações no contraste da imagem. Como esses estados de atividade são
intercalados com estados de repouso, o sinal proveniente dessa região forma um
padrão topográfico semelhante àquele mostrado na figura 3.4a.
Mesmo se tratando de um processo simples, paradigmas dessa natureza são
largamente utilizados no mapeamento de diversas áreas funcionais, tanto por PET
quanto por fMRI. Além de áreas primárias, esses processos também têm sido
utilizados na caracterização de regiões responsáveis por processos cognitivos
elevados, como memória e linguagem [de Araújo 2002].
3.5 Preparando os Dados de fMRI para Análise Estatística
O mecanismo de contraste BOLD, aliado a técnicas de aquisição rápida,
permite a visualização direta de um grande número de processos cerebrais.
Infelizmente, as alterações no contraste das imagens não são grandes, o que
impossibilita uma inspeção visual direta, tornando necessária a utilização de
algoritmos computacionais para a identificação dessas áreas. As alterações de
contraste dependem da intensidade do campo estático aplicado, mas, em uma
situação mais habitual de campos da ordem de 1.5 T, as variações de contraste
podem chegar a 3-4% [Weisskoff & Kiihne 1992]. Os paradigmas em bloco foram o
primeiro alvo para o desenvolvimento de análises estatísticas de fMRI [Friston et al.
1994]. Entretanto, antes de analisar as séries temporais por ferramentas estatísticas, é
importante que elas passem por algumas etapas de pré-processamento, para auxiliar
na eliminação de alguns artefatos conhecidos.
O propósito do pré-processamento é remover vários tipos de artefatos nos
dados, e condicionar os dados, para maximizar a sensibilidade de análises estatísticas
posteriores, e também, em algumas situações, aumentar a validade estatística. As
últimas análises estatísticas são geralmente vistas como a parte mais importante da
análise de fMRI. No entanto, sem as etapas de pré-processamento, a análise
estatística é, na melhor das hipóteses, grandemente reduzida, e na pior, inválida
[Smith 2001]. Aqui nós descreveremos uma série de procedimentos computacionais
utilizados no pré-processamento das séries temporais. Dentre elas podemos citar: a
Capítulo 3 – fMRI
50
correção temporal entre fatias, a correção de movimento e a aplicação de filtros
espaciais e temporais.
3.5.1 Correção do Tempo por Fatia
Conforme dissemos anteriormente, os exames de fMRI são coletados de
modo a fazer várias imagens de uma região cerebral em instantes de tempo distintos.
Cada uma dessas aquisições é formada por um conjunto de fatias, conhecido como
volume. Por sua vez, as fatias que compõem os volumes são adquiridas em instantes
ligeiramente defasados no tempo. Desse modo, para facilitar a análise estatística,
devemos corrigir as séries temporais tornando-as alinhadas, em fase. Para corrigir
esses erros, algumas análises experimentais modificam a resposta hemodinâmica
preditora, assim cada fatia é comparada a uma função da resposta hemodinâmica
com tempos ligeiramente diferentes. A correção entre os tempos das fatias mais
utilizada é a interpolação temporal. Essa utiliza a informação dos pontos temporais
vizinhos para estimar a amplitude do sinal de MR. É importante salientar que o
método de interpolação pode perfeitamente recuperar as informações perdidas entre
as fatias.
3.5.2 Correção de Movimento
Pequenos movimentos da cabeça, numa escala menor que 1 mm, são uma
das maiores fontes de erro na análise dos dados de fMRI se não identificada ou
corrigidas corretamente. Uma condição subjacente para uma análise bem-sucedida é
a necessidade dos pixels permanecerem espacialmente invariantes ao longo de toda a
aquisição das imagens. Qualquer tipo de movimento viola esse princípio, daí a
necessidade de evitá-los a qualquer custo.
Podemos classificar os artefatos de movimento em intrínsecos e extrínsecos.
O primeiro é decorrente de flutuações internas provenientes do movimento dos
tecidos intracranianos. Sendo bem mais difíceis de detectar e de corrigir, eles levam
a um aumento na variação do sinal de MR. Além disso, processos fisiológicos como
respiração e batimento cardíaco afetam as imagens resultantes. Além de provocarem
o movimento dos tecidos, esses ritmos fisiológicos fazem aparecer uma
inomogeneidade de campo.
Capítulo 3 – fMRI
51
O segundo tipo de movimento é mais facilmente detectável e de mais fácil
controle [Friston et al. 1996]. Ele é decorrente das alterações nos sinais de MR que
resultam do movimento involuntário da cabeça do indivíduo. Vimos que as
alterações de contraste devido à resposta hemodinâmica são de aproximadamente
3%. Ademais, grande parte das análises estatísticas busca por diferenças no contraste
entre os dois estados experimentais: repouso e atividade. Esse artefato resulta em
padrões de atividade falsos: regiões que anteriormente apresentavam baixo contraste
passam a padrões de brilho mais intenso. Ele é especialmente visível em regiões de
alto contraste espacial, como o conjunto de pixels que definem uma região de
fronteira na imagem.
Para restringir o nível de contaminação nesses exames, é aconselhável
planejar experiências que minimizem o movimento do indivíduo, e ter a certeza de
que ele esteja confortavelmente acomodado no interior do tomógrafo. Contudo,
métodos de correção posteriores também existem [Woods et al. 1992].
O processo de correção começa com uma estimativa da extensão do
movimento da cabeça. A fim de simplificar os cálculos e trazer o processo a níveis
aceitáveis, a suposição é geralmente feita considerando o movimento da cabeça
como um processo de corpo rígido, isto é, que a cabeça muda sua posição e
orientação, mas não se submete a mudanças de forma.
O problema de estimar o movimento da cabeça pode ser formulado em
termos da computação da transformação da imagem (os acertos da translação em x,
y e z e rotações ao redor dos eixos x, y e z) que irão combinar a imagem num ponto
temporal t para o mesmo modelo ou alvo da imagem. O modelo de referência é
comumente escolhido como o primeiro volume da imagem nas séries temporais de
fMRI [Friston et al. 1996].
As correções de movimento serão aplicadas da seguinte forma: as matrizes de
rotação e de translação, ⇒
R e Tr serão definidas com respeito ao volume de referência,
de modo que:
TxRxrrr
+=⇒
)1()2( (3.4)
Capítulo 3 – fMRI
52
em que )1(xr e )2(xr são as posições dos vetores dos voxels antes e depois das
transformações de rotação e translação. Essa operação é realizada até que a soma
dos quadrados da diferença entre pixels de duas imagens subseqüentes seja
minimizada. Fazendo com que o volume a ser corrigido esteja ajustado ao volume
de referência.
3.5.3 Filtro Espacial
O pré-processamento de fMRI pode passar ainda pela aplicação de um filtro
espacial sobre cada volume. Embora controverso, uma vez que sua aplicação leva a
uma perda na resolução espacial da imagem, a possibilidade de obter uma
significância estatística mais robusta acaba por fazer com que esses métodos sejam
comumente utilizados. Há duas razões para a aplicação do filtro espacial como uma
etapa de pré-processamento. Primeiro, ele pode causar o aumento da relação sinal
ruído dos dados. A medida da relação sinal ruído estabelece quão grande é o sinal de
interesse comparado ao nível de ruído. O sinal de interesse, nesse caso, é a mudança
na intensidade da imagem a qual estabelece os resultados da aplicação de um
estímulo. O ruído é a variação aleatória inevitável, na intensidade da imagem, o qual
está presente mesmo quando nenhum estímulo é aplicado. Segundo, etapas
estatísticas procedentes certamente podem requerer que as imagens funcionais sejam
espacialmente suavizadas.
O ponto principal da filtragem espacial nos dados de fMRI é reduzir o nível
de ruído enquanto mantém o sinal subjacente. Como o filtro é efetivamente uma
média local, então o valor do “ruído” na vizinhança local irá tender a cancelar um
com o outro. A fim de que o sinal subjacente não seja reduzido junto com o ruído, é
necessário que o tamanho da máscara do filtro não seja maior do que o tamanho da
região ativada.
Os filtros geralmente utilizados são do tipo Gaussiano, em que é realizada a
convolução das imagens EPIs com funções do tipo [de Araújo 2002]:
( ) ,222
exp,, 2
2
2
2
2
2
⎪⎭
⎪⎬⎫
⎪⎩
⎪⎨⎧
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡++−=
zyx sz
sy
sxzyxf (3.5)
Capítulo 3 – fMRI
53
em que x , y e z correspondem às posições geométricas das imagens, e xs , ys e zs
são os desvios padrão da função, definida pelo usuário. As características do filtro
são bem definidas pelo parâmetro largura a meia altura, ou FWHM (Full Width at
Half Maximum), que determina a forma de atuação do filtro sobre a imagem. Não
existe uma forma direta de determinação dos melhores parâmetros dos filtros a
serem utilizados nas análises, uma vez que uma melhoria da relação sinal-ruído
implica na redução da resolução espacial, mas é comum utilizar uma largura entre 3
a 10 mm FWHM para imagens de fMRI.
3.5.4 Filtro Temporal
O ponto principal da filtragem temporal é remover componentes
indesejáveis da série temporal sem, é claro, danificar o sinal de interesse. Por
exemplo, se uma estimulação é aplicada durante 30 s, seguida por 30 s de repouso, e
esse padrão é repetido várias vezes, o sinal de interesse será próximo a uma onda
quadrada de período 60 s. O filtro temporal buscará remover as componentes na
série temporal que variam mais lentamente do que o sinal de período 60 s (filtro
passa alta) e também remover componentes que variam mais rapidamente (filtro
passa baixa).
A filtragem temporal, ao invés de trabalhar com cada volume separadamente,
como o filtro espacial, trabalha com cada série temporal de voxels separadamente.
Devido à maioria das bases de análises estatísticas operarem diretamente nas séries
temporais dos voxels, de regra a realização dessa etapa é realizada após todos os
estágios de pré-processamento descritos anteriormente.
Filtro passa alta
O filtro passa alta remove as componentes lentas dos sinais, muitas vezes
indesejáveis, i.e., aqueles que possuem freqüência abaixo de um determinado valor.
Tais perturbações podem ser provenientes de efeitos fisiológicos, como batimento
cardíaco e respiração, ou devido flutuações associadas ao tomógrafo. Se os sinais de
baixa freqüência não estão relacionados ao estímulo, será, então, lucrativo removê-
los. Isso irá resultar em um melhor ajuste do modelo derivado da estimulação dos
Capítulo 3 – fMRI
54
dados e maior significância de ativação. É importante, contudo, que o filtro passa
alta não corrompa o sinal relacionado ao estímulo.
Filtro passa baixa
O filtro passa baixa reduz ruídos de alta freqüência das séries temporais dos
voxels. Como no caso do filtro passa alta, é importante escolher um filtro que
remova os ruídos sem corromper os sinais subjacentes relacionados ao estímulo.
É comum realizar o filtro passa baixa através de uma simples convolução
com uma função Gaussiana. Contudo, ao invés da variável da função Gaussiana ser
espacial, ela é temporal. Devido à utilização comum do filtro Gaussiano estreito, que
realiza um borramento pequeno, no fundo a operação de convolução com a série
nada mais é do que substituir cada ponto temporal da série pelo seu valor original
mais uma pequena fração da vizinhança.
Um risco para o filtro passa baixa pode aparecer com experimentos que
envolvam paradigmas de evento-relacionados, os quais geralmente contêm
componentes de alta freqüência. Por exemplo, uma estimulação breve pode conter
picos estreitos na série temporal resultante. O filtro passa baixa pode suprir esses
sinais, reduzindo portanto a eficiência das análises estatísticas [Smith 2001].
3.6 Análise Estatística das Imagens
Após a etapa de pré-processamento, são realizadas análises estatísticas para
determinar quais voxels são estatisticamente significativos, indicando uma alta
probabilidade de estarem respondendo à estimulação específica. Vários são os
métodos de análise. Dentre eles podemos citar a correlação entre todos os voxels da
série temporal e um modelo da resposta hemodinâmica. Outros métodos, mais
complexos, podem ser efetivamente elaborados, possibilitando a inferência de
características interessantes dos exames de fMRI. Dentre eles, podemos citar o
modelo geral linear [Friston et al. 1995] ou a análise de componentes independentes.
A maioria dos testes estatísticos utilizados em fMRI possui três pontos em
comum. Primeiro, eles expressam a significância como a probabilidade do resultado
ocorrer sobre a hipótese nula (no caso da técnica de fMRI, a hipótese nula é o caso
Capítulo 3 – fMRI
55
em que a diferença entre as condições não possuem efeito nos dados de fMRI) e
utilizam mapas coloridos para expressar essa probabilidade. Segundo, os voxels cujo
nível de probabilidade está abaixo de um limiar, conhecido como valor alfa, são
marcados como significativos, enquanto os voxels cuja probabilidade está acima do
limiar estatístico é marcado como não significativo. O valor alfa proporciona a
probabilidade do erro do Tipo I. Em termos da análise de fMRI o erro do Tipo I
significa que um voxel é marcado como ativo quando na verdade não é (i.e., falso
positivo). Terceiro, as aproximações são geralmente conservativas, no qual
enfatizam excluir voxels ativos, resultando no erro do Tipo II, ou seja, um voxels é
marcado como sendo não ativo quando, na verdade ele é ativo (i.e., falso negativo).
Dentre os algoritmos mais utilizados podemos citar o GLM, sigla para General Linear
Model, o qual será descrito em seguida.
3.6.1 Modelo Linear Geral
O método linear utiliza a sessão experimental como uma única série
temporal, e a compara a uma série temporal preditora composta por várias respostas
hemodinâmicas individuais. A equação para o modelo é dada por:
ε+++++= nn xaxaxaay K22110 (3.6)
A idéia básica por trás de um modelo linear é que o dado observado ( y ) é
igual à combinação de pesos de vários fatores modelos ( ix ) (o fator modelo
representa componentes hipotéticas dos dados), mais um termo de erro (ε ). Os
parâmetros de peso ( ia ) indicam quanto cada fator contribui para os dados
absolutos. O termo 0a reflete a contribuição de todos os fatores que são tomados
como constantes durante o experimento como, por exemplo, os valores brutos de
T2* gravados em um voxel particular na ausência da ativação BOLD. Resolvendo a
equação do modelo linear, possuímos apenas uma quantidade conhecida, os dados
experimentais. Dado os dados experimentais e uma série específica dos fatores
modelo, podemos, então, calcular qual combinação de pesos serve para minimizar o
termo de erro. O termo de erro mínimo, após resolver o modelo linear, é conhecido
como erro residual. Quando há apenas uma variável dependente, a equação 3.6 é
Capítulo 3 – fMRI
56
conhecida como um modelo de regressão múltipla univariada. Mas a mesma
equação pode ser estendida para incluir um grande número de variáveis
dependentes, como os vários pontos temporais de um estudo fMRI, por meio do
modelo linear geral (GLM).
No GLM os dados experimentais são representados como uma matriz bi-
dimensional constituída de n pontos temporais por V voxels. Nesse método os
valores dos parâmetros de peso e o termo de erro são calculados
independentemente para todos os voxels. Os voxels são organizados ao longo de
uma dimensão para tornar o cálculo mais simples. A design matrix, a qual especifica o
modelo linear geral a ser estimado, consiste de M fatores modelos. A matriz
parâmetro contém n linhas, de tal foram que cada célula indica a amplitude de um
fator modelo para um dado voxel. Finalmente, o termo de erro é um vetor com n
linhas. Em alguns sistemas de notação, a design matrix é denominada como X e a
matriz parâmetro é denominada como β, podemos então expressá-los como forma
matricial:
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛+
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛=
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
nnnVV
n
n a
a
xx
xx
y
y
ε
εMM
L
MOM
L
M11
1
1111
,
ou na notação matricial:
εβ += XY . (3.7)
Após estabelecer o modelo linear geral para um dado experimento,
calculamos quais as combinações dos pesos, quando multiplicados pela design matrix,
nos dá o menor termo de erro. Para entender esse processo, considere em
experimento simples onde um voluntário fecha a sua mão a cada 20 s enquanto os
dados de fMRI são adquiridos com um TR de 1 s ao longo de 60 pontos temporais.
Podemos supor que os valores ativos deveriam mostrar três respostas
hemodinâmicas distintas, uma para cada fechada de mão. Assim, entramos com essa
hipótese como uma única coluna na design matrix . O GLM avalia quanto essa série
temporal hipotética contribui para os dados reais, comparando a variabilidade fora
do modelo. Como os dados de fMRI consistem de vários pontos temporais, o erro
residual para um dado voxel deve ser combinado através de todos os pontos
Capítulo 3 – fMRI
57
temporais em um único valor. A equação para combinar vários erros em uma
estatística resumida é conhecida como função custo. No GLM, o padrão de uma
função custo é a determinação do erro por mínimos quadrados, ou a soma de todos
os quadrados residuais. Para testar a significância do fator modelo para um dado
voxel, a amplitude do parâmetro associado é dividido pelo erro residual. A
significância é baseada em quão bem os dados experimentais ajustam uma resposta
hemodinâmica preditiva. Então, o sucesso da análise do modelo linear geral depende
somente da validade de criar a design matrix.
3.7 Apresentação dos Mapas Estatísticos
Os resultados estatísticos fornecidos pelas diferentes técnicas de análise dos
sinais de fMRI devem ser visualizados de alguma forma. Usualmente, cada pixel que
compõe a imagem recebe uma cor que varia de acordo com a sua significância
estatística, formando um mapa de cores. Dentre os padrões mais adotados, seguindo
a coloração do arco-íris, pixels cuja significância estatística é elevada recebem uma
coloração mais próxima ao vermelho, enquanto que aqueles de significância
estatística desprezível têm coloração azulada. Um exemplo típico de um exame
funcional de regiões primárias motoras é apresentado na figura 3.5a. Nela
observamos uma espécie de aglomerado de pontos avermelhados, indicando uma
alta probabilidade de ser aquela a região ativa pelo paradigma motor.
Em um segundo momento, esses mapas devem ser apresentados em
superposição a imagens que tragam informações anatômicas das estruturas
funcionais envolvidas naquele processo cerebral específico. A primeira possibilidade
é atribuir uma coloração específica, na própria imagem que gerou os mapas
estatísticos (por exemplo, EPI), pintando regiões da imagem que apresentem
significância superior a um certo limiar. Na figura 3.5b, apresentamos um desses
exemplos. O mapa gerado em um paradigma motor, o mesmo apresentado na figura
3.5a, é superposto a sua respectiva imagem EPI. Note que apenas regiões mais
significativas são apresentadas. No caso dessa figura, em que a origem dos
resultados provém de uma análise de correlação, somente regiões cujos coeficientes
de correlação foram superiores a 0.75 são mostradas.
Capítulo 3 – fMRI
58
As imagens EPIs tem uma resolução espacial baixa. Por outro lado, é
interessante que os resultados sejam mostrados sobre imagens anatômicas de boa
resolução, como as ponderadas em T1. Nesse caso, uma transformação de
coordenadas é realizada, encontrando-se os pontos cerebrais ativos nos mapas
estatísticos, e superpondo-os às imagens anatômicas. Um exemplo desse
procedimento é observado na figura 3.5c. Ali vemos a atividade motora bilateral de
um voluntário normal superposta ao seu respectivo plano anatômico, de uma
imagem ponderada em T1 [de Araújo 2002].
Figura 3.5 - Possíveis apresentações de exames de fMRI. (a) Mapas estatísticos originários de um paradigma motor em um voluntário assintomático, analisados por correlação cruzada. (b) Superposição dos mapas estatísticos à respectiva imagem EPI de um paradigma motor. (c) Superposição dos resultados a um plano axial de imagem ponderada em T1 [de Araújo 2002].
3.8 Atlas Cerebral
Neste ponto, vale a pena comentar a necessidade, que muitas vezes aparece,
da normalização dos resultados. Atualmente, as formas mais utilizadas são os Atlas
Talairach [Talairach & Tournoux 1988], o qual estabelece um padrão espacial com a
finalidade de mapear as estruturas do cérebro. Um Atlas estabelece um sistema de
coordenadas ao qual as estruturas cerebrais são referenciadas.
O interesse da comunidade de neuroimagem é a apresentação dos resultados
de estudos populacionais. Para efeito de comparação entre indivíduos, é necessário
que, inicialmente, os mapas de ativação sejam transformados para um espaço
comum de coordenadas [Talairach & Tournoux, 1988]. Esses sistemas de
coordenadas normalizados, além de facilitarem a comparação direta entre resultados
Capítulo 3 – fMRI
59
de localização funcional, também servem como uma ferramenta de correção das
variações anatômicas cerebrais entre indivíduos.
O sistema de coordenadas Talairach está baseado no plano entre duas
formações anatômicas típicas: a comissura anterior (AC) e a comissura posterior
(PC), o qual é chamado plano AC-PC. Após a definição do novo plano de
coordenadas são geradas quatro linhas de referências que formam o sistema de
grade Talairach, as quais são: a linha AC-PC, a linha AC vertical (ACV), a linha PC
vertical (PCV) e a linha média (Figura 3.6).
Figura 3.6 – Representação, nos planos axial (a), coronal (b) e sagital (c), das linhas utilizadas para definir o sistema de coordenadas Talairach. (a) Linha AC-PC. (b) Plano AC-PC. (c) Linhas AC vertical e PC vertical e plano AC-PC. O cículo vermelho indica a localização anatômica da comissura anterior e o círculo branco indica a localização anatômica da comissura posterior.
As definições seguintes são utilizadas para delimitar o sistema de
coordenadas: 1. A linha AC-PC passa pela borda superior da comissura anterior e
pela borda inferior da comissura posterior. 2. A ACV é uma linha vertical
perpendicular a linha AC-PC que atravessa a margem posterior da comissura
anterior. 3. A PCV é uma linha que atravessa a margem anterior da comissura
posterior é, também, perpendicular a linha AC-PC. 4. A linha média é a fissura
interhemisférica. O sistema de grade Talairach é estabelecido baseado nas máximas
dimensões do cérebro. O passo seguinte, de demarcação, é utilizado para definir a
periferia cortical, no qual são definidos 6 pontos: o ponto mais superior do córtex
parietal, a porção mais posterior do córtex occipital, o ponto mais inferior do córtex
Capítulo 3 – fMRI
60
temporal, o ponto mais anterior do lobo frontal, e os pontos mais laterais (direito e
esquerdo) do córtex parieto-temporal (figura 3.7).
Figura 3.7 – Representação das linhas utilizadas para definir o sistema de coordenadas Talairach. Também está representada a grade delimitada pelos seis pontos.
Após as dimensões máximas de cada cérebro serem demarcadas são
realizadas contrações e expansões do cérebro para que ele preencha o sistema de
grade Talairach. E então, podemos extrair suas coordenadas x, y, z. Através desses
processos conseguimos normalizar cada cérebro por uma estrutura padrão.
61
Capítulo 4
MATERIAL E MÉTODOS
4.1 Voluntários
Participaram desse estudo 23 voluntários (15 homens e 8 mulheres).
Nenhum voluntário possuía histórico de doença neurológica ou psiquiátrica e
também nenhum distúrbio oculomotor.
4.2 Estímulos
Foram realizados três experimentos. No primeiro, imagens por ressonância
magnética funcional foram adquiridas enquanto os voluntários (treze no total)
realizavam uma estimulação do tipo Nistagmo Optocinético (NOC). No segundo,
dez voluntários foram submetidos a um estímulo que induzia um movimento de
rastreio puro. Por fim, os mesmos 10 voluntários foram submetidos a um
paradigma que induzia um movimento puro de sacade do olho.
Para os três experimentos, um paradigma em bloco foi desenhado com 11
blocos, de 27,5 segundos cada, alternando períodos de repouso com períodos de
atividade. Para os intervalos de repouso os voluntários foram instruídos a
concentrar sua atenção em um ponto fixo, o qual aparecia no centro da tela.
A estimulação NOC foi realizada projetando-se um padrão de barras pretas e
brancas, com velocidade de 5 °/s. Durante a indução do nistagmo, o ponto de
fixação era retirado, mantendo, contudo, o movimento das barras. Nesse
experimento foram realizados dois estudos: primeiro as barras moviam-se para a
direita e no segundo, para a esquerda.
Para a estimulação do movimento de rastreio, os voluntários foram
instruídos a seguir um quadrado vermelho que aparecia no centro da tela e
movimentava-se num padrão oscilatório horizontal de amplitude constante, com
uma freqüência de 0.1 Hz.
Capítulo 4 – Material e Métodos
62
Para a estimulação do movimento sacádico o voluntário foi induzido a
realizar movimentos sacádicos, pelo acompanhamento de um quadrado vermelho,
que aparecia primeiramente no centro da tela e depois aparecia em uma posição à
direita, e em seguida, em uma posição à esquerda, com uma freqüência constante de
1 Hz.
Os estímulos apresentados foram desenvolvidos em um programa específico
para geração de estímulos para exames de fMRI (Presentation® 0.55 03.10.03). O
alvo visual foi gerado por um computador (Pentium 4, 2.4 GHz) e projetado por
um canhão de projeção (Infocus Systems, modelo LitePro 210) em uma tela
translúcida, localiza próxima aos pés do voluntário. O voluntário era capaz de
enxergar o estímulo pela utilização de um espelho acoplado à bobina de cabeça.
4.3 Aquisição dos Dados por MRI
Para aquisição das imagens, utilizamos um scanner de 1.5 T Siemens
(Magneton Vision) com uma bobina de quadratura transmissora/receptora de
cabeça. Uma seqüência do tipo EPI foi utilizada para produzir continuamente, 66
volumes de aquisição, sendo cada um constituído por 16 fatias axiais, com 6 mm de
espessura cada (ISI = 3540 ms; TE = 60 ms; ângulo flip 90°; matriz 64 x 64; FOV =
220 mm; dimensão do voxel = 3.44 x 3.44 x 6.00 mm). Cada voluntário realizou
cinco séries de atividade permanecendo por seis blocos em repouso. As imagens
anatômicas foram adquiridas, após as imagens funcionais, utilizando uma seqüência
do tipo GRE, MPR ponderada em T1 (TR = 9.7 ms; TE = 4 ms; ângulo flip 12°;
matriz 256 x 256; FOV = 256 mm; espessura da fatia = 1 mm; dimensão do voxels
= 1 x 1 x 1 mm). A duração total de cada experimento foi de aproximadamente 20
minutos.
4.4 Análise dos Dados
Os mapas estatísticos foram processados no programa Brain Voyager™
(versão 4.9), utilizando o método GLM. Na etapa de pré-processamento foram
realizadas a correção de movimento, a correção do tempo entre fatia, a suavização
Capítulo 4 – Material e Métodos
63
espacial (através de um Filtro Gaussiano com FWHM de 4 mm) e também a
filtragem temporal, na qual utilizamos um filtro passa alta de 3 Hz/s. Após a análise
dos dados individuais, os mapas estatísticos foram normalizados no espaço
Talairach.
Os dados foram primeiramente analisados de modo a indicarem as principais
regiões envolvidas em cada um dos estímulos. Para tanto, obtivemos uma média, no
espaço Talairach, da atividade de todos os voluntários.
Em seguida, gostaríamos de ter uma primeira idéia da variabilidade da
localização dessas ativações entre os diferentes voluntários. Dessa forma,
encontramos as coordenadas no espaço Talairach de cada indivíduo, separadamente,
das áreas que responderam aos estímulos. Sobre essas coordenadas, então,
calculamos sua média e desvio padrão, o que nos forneceu uma idéia dessa
variabilidade.
Para acessarmos a variabilidade inter-individual, realizamos um estudo da
freqüência de ocorrência para cada região observada [Vandenbroucke et al. 2004], ou
seja, para um dado grupo, quantas vezes uma dada região foi ativada em cada um
dos três estudo.
Para acessarmos a evolução da lateralização das funções vestibular e
oculomotora, calculamos o índice de lateralização (IL) através de dois métodos:
primeiramente por um método (IL1) descrito anteriormente em estudos de
lateralização da linguagem [Binder et al. 1996; Hinke et al. 1993] e, segundo, através
de um método (IL2) que leva em consideração a influência do limiar estatístico
[Nagata et al. 2001].
Método IL1. Para a realização desse método, mantivemos um valor
estatístico uniforme (p < 0.0002 para o estudo NOC para direita e p < 0.0006 para
o estudo NOC para esquerda; p < 0.00001 para o estudo rastreio e p < 0.00004
para o estudo sacade) para todos os voluntários e, então, medimos o número de
pixels ativados em cada ROI (Região de Interesse, Region of Interest – ROI). Para a
delimitação da ROI foi construída uma máscara do córtex para cada hemisfério, essa
máscara continha informações apenas da substância cinzenta, excluindo a
contribuição do cerebelo e da substância branca. Assim, determinamos uma ROI
Capítulo 4 – Material e Métodos
64
para o hemisfério esquerdo e uma ROI para o hemisfério direito. A partir da
definição das ROIs, calculamos o IL1 utilizando a seguinte equação:
%1001 ×+
−=
direitoesquerdo
direitoesquerdo
pixelspixelspixelspixels
IL (4.1)
O IL1 varia de +100% (para lateralização absoluta no hemisfério esquerdo) a -100%
(para lateralização absoluta no hemisfério direito).
Método IL2. Esse segundo método visa avaliar a relação entre a lateralização
das funções vestibular e oculmotora e o valor de limiar estatístico escolhido. Para a
utilização desse método, primeiramente obtivemos a correlação entre o valor
estatístico z (valor-z) e o número de pixels ativados em cada hemisfério. Ou seja,
fizemos um diagrama no qual o eixo-x representa o valor-z e o eixo-y representa o
número de pixels ativos (figura 4.1).
1 2 3 4 5 6 7
0
20000
40000
60000
80000
100000 A
Núm
ero
de p
ixel
s at
ivad
os p
ara
cada
hem
isfé
rio
valor-z
1 2 3 4 5 6 7
0
20000
40000
60000
80000
100000 B
Núm
ero
de p
ixel
s at
ivad
os p
ara
cada
hem
isfé
rio
valor-z
Figura 4.1 – Diagrama do número de pixels ativados versus o valor-z para os voluntários 3 do estudo NOC para esquerda (A) e 5 para o estudo NOC para direita (B). Os círculos indicam os valores para os pixels ativados no hemisfério direito e os quadrados, os pixels ativados no hemisfério esquerdo.
Note que o índice de lateralização varia entre um valor próximo de 1, para
um valor-z em torno de 1,6, até um valor próximo de 0, em um valor-z em torno de
6,6. Isso se deve a uma saturação no número de pixels ativados a valores altos e
baixos de z. Ou seja, para valores altos de z fica difícil distinguir qual hemisfério
contribui mais para o índice de lateralização, acontecendo o mesmo para valores
pequenos de z. Desse modo, buscamos avaliar matematicamente a maneira com a
qual o IL varia com o valor-z. Para tanto, ajustamos a curva dos pixels ativados a
uma função de regressão. A função mais apropriada é uma expressão polinomial
sendo assim, utilizamos uma função particular do tipo n
zvalor⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−1 , encontrando
Capítulo 4 – Material e Métodos
65
para cada estudo o valor de n que melhor ajustava os pontos. Em seguida,
verificamos a correlação entre a função de regressão e o número de pixels ativados.
A partir da função de correlação encontrada, calculamos a equação de
regressão para as duas curvas da figura 4.1, em que o número de pixels ativados no
hemisfério esquerdo é dado por: n
esq zvalorAROI ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
−×=
1 , (4.2)
e o número de pixels ativados no hemisfério direito é dado por uma equação
análoga a equação (4.2): n
dir zvalorBROI ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
−×=
1 , (4.3)
sendo,
2=n para os estudos NOC para direita e sacade; 3=n para os estudos NOC para
esquerda e rastreio; e A e B são os coeficientes angulares calculados a partir da
função de regressão. Então, IL2 foi calculado utilizando a equação:
( ) ( )( ) ( ) =×⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+−
= %1002 zFdzFezFdzFeIL
=×
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−×+⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
−×
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−×−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
−×
= %10011
11
nn
nn
zvalorB
zvalorA
zvalorB
zvalorA
%100×+−
=BABA , (4.4)
em que ( )zFe é a equação de regressão calculada para a curva dos pixels da esquerda
e a ( )zFd é a equação de regressão calculada para a curva dos pixels da direita e, o
valor n tem os mesmos valores das equações (4.2) e (4.3).
66
Capítulo 5
RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Resultados
Dos 23 voluntários 17 foram incluídos nesta análise, devido a problemas na
aquisição das imagens, em especial pela presença de artefatos de movimento (4
voluntários para o paradigma NOC e 2 voluntários para os estudos Rastreio e
Sacade). Os mapas estatísticos estão todos apresentados no espaço Talairach, mas
possuem uma significância estatística específica para cada estudo, baseados em
artigos prévios da literatura. Utilizamos uma significância de p < 0.001 para os
estudos NOC para direita e NOC para esquerda e uma significância de p < 0.003
para os estudos Rastreio e Sacade.
A seguir apresentamos as principais estruturas que responderam
seletivamente a cada um dos estímulos. Esses resultados dizem respeito à ativação
média, no Atlas Talairach, entre todos os voluntários estudados.
5.1.1 Estruturas Ativadas Durante o Estudo NOC para Direita
Foram encontradas regiões com atividades estatisticamente significativas no
giro occipital médio e inferior, no cúneus e pré-cúneus, no giro lingual, no giro
temporal médio, superior e inferior, no giro fusiforme, no giro pós- e pré-central, no
giro frontal inferior, superior e médio, no giro orbital, no giro subcaloso, no giro
parahipocampal, no hipotálamo, no giro supramarginal, no lobo parietal superior e
inferior, na ínsula anterior e posterior, no giro do cíngulo anterior e posterior, no
uncus, no putamen, no globo pálido, na cabeça do núcleo caudado, no tronco
encefálico, na substância negra, no corpo caloso, no tálamo e no cerebelo.
As figuras 5.1 e 5.2 indicam exemplos de regiões com mapas estatísticos no
campo frontal do olho, no campo suplementar do olho e no córtex frontal
dorsolateral, respectivamente.
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
67
Figura 5.1 – Mapa estatístico (p < 0.001) indicando atividade bilateral no campo frontal do olho e atividade no campo suplementar do olho em resposta ao estímulo NOC para direita. A cor amarela indica uma significância estatística maior em comparação a cor vermelha.
Figura 5.2 – Mapas estatísticos (p < 0.001) indicando atividade bilateral no córtex pré-frontal dorsolateral em resposta ao estímulo NOC para direita.
5.1.2 Estruturas Ativadas Durante o Estudo NOC para Esquerda
Além do giro occipital superior e médio, a atividade cerebral respondeu
seletivamente ao estímulo no cúneus e pré-cúneus, no giro lingual, no giro temporal
médio, superior, inferior e transverso, no giro fusiforme, no giro angular, no giro
pós- e pré-central, no giro frontal inferior, superior e médio, no giro subcaloso, no
giro parahipocampal, no hipotálamo, no giro supramarginal, no lobo parietal
superior e inferior, na ínsula anterior e posterior, no giro do cíngulo anterior e
posterior, no fastigium, no uncus, no putamen, no globo pálido, no corpo do núcleo
caudado, no tronco encefálico, na substância negra, no corpo caloso, no tálamo, nos
núcleos subtalâmicos e no cerebelo.
A figura 5.3 e 5.4 mostram os mapa estatístico em reposta ao NOC para
esquerda mostrando a atividade bilateral na ínsula e atividade no córtex visual
primário e também no cerebelo.
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
68
Figura 5.3 – Mapa estatístico (p < 0.001) indicando atividade bilateral na ínsula durante o estudo NOC para esquerda.
Figura 5.4 – Mapa estatístico (p < 0.001) indicando atividade no córtex occipital e no cerebelo durante o estudo NOC para esquerda. A cor amarela indica uma significância estatística maior.
5.1.3 Estruturas Ativadas Durante o Estudo Rastreio
A atividade cerebral respondeu seletivamente ao estímulo de rastreio no giro
occipital médio e inferior, no cúneus e pré-cúneus, no giro lingual, no giro temporal
médio, superior e inferior, no giro fusiforme, no giro angular, no giro pós- e pré-
central, no giro frontal inferior, superior e médio, no giro subcaloso, no giro
parahipocampal, no giro supramarginal, no lobo parietal superior e inferior, a ínsula
anterior e posterior, no giro do cíngulo anterior e posterior, no uncus, no putamen,
no globo pálido, no corpo do núcleo caudado, no tronco encefálico, nos núcleos
vermelhos, no corpo caloso, no tálamo e no cerebelo.
As figuras 5.5 demonstra o mapa estatístico da região MT/MST região esta
ativada durante o estudo Rastreio.
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
69
Figura 5.5 – Mapa estatístico (p < 0.003) indicando atividade bilateral na área MT/MST durante o estudo Rastreio. A cor amarela indica uma significância estatística maior.
5.1.4 Estruturas Ativadas Durante o Estudo Sacade
Encontramos atividade significativa no giro occipital médio, superior e
inferior, no cúneus, no giro lingual, no giro temporal médio, superior e inferior, no
giro fusiforme, no giro angular, no giro pós- e pré-central, no giro frontal inferior,
superior e médio, no giro parahipocampal, na amídala, no giro supramarginal, no
pré-cúneus, no lobo parietal superior e inferior, na ínsula anterior e posterior, no
giro do cíngulo anterior e posterior, no uncus, no putamen, no globo pálido, no
corpo do núcleo caudado, no tronco encefálico, no corpo caloso, no tálamo e no
cerebelo.
As figuras 5.6 e 5.7 indicam os mapas estatísticos durante o estudo Sacade,
mostrando atividade no campo parietal do olho e no giro do cíngulo,
respectivamente.
Figura 5.6 – Mapa estatístico (p < 0.003) indicando atividade bilateral no PEF durante o estudo Sacade. A cor amarela indica uma significância estatística maior.
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
70
Figura 5.7 – Mapa estatístico (p < 0.003) indicando atividade no giro do cíngulo durante o estudo Sacade. A cor amarela indica uma significância estatística maior.
5.1.5 Diferenças entre os Estudos
As Tabelas I e II mostram as coordenadas médias x, y e z, no sistema
Talairach, obtidas com base nas respostas individuais das principais regiões ativadas
durante o estudo NOC para direita e NOC para esquerda, respectivamente. Além
das coordenadas Talairach de cada região, indicamos a área de Brodmann
correspondente.
Essas coordenadas sugerem que apesar de uma considerável superposição
entre as ativações nos estudos NOC para direita e NOC para a esquerda, a maioria
dessas regiões exibem diferenças espaciais. A menor diferença espacial das regiões
ativadas foi encontrada no putamen, dada sua coordena média e desvio padrão para
o estudo NOC para direita (D: 22 ± 2,6; 3,3 ± 6,8; -0,7 ± 5,5; E: -20,5 ± 0,7; 7,5 ±
3,4; -0,5 ± 9,2) e para o estudo NOC para esquerda (D: 21,3 ± 5,7; 2,5 ± 7; 0 ± 6,5;
E: -22,8 ± 3,1; 6,2 ± 10; 1,6 ± 6). A região ativada com maior diferença espacial foi
o corpo caloso, onde sua coordenada média e desvio padrão tanto no estudo NOC
para direita (D: 1,5 ± 0,7; -9,5 ± 10,6; 24,5 ± 0,7; E: -5,3 ± 2,5; 12,3 ± 20,8; 13 ±
10,5) como para o estudo NOC para esquerda (D: 5 ± 6,7; -10,2 ± 20,8; 18,2 ± 6,3;
E: -3,7 ± 2,7; -18,5 ± 21,8; 21 ± 4,2).
Durante os estudos Rastreio e Sacade (Tabelas III e IV) verificamos,
também, uma considerável sobreposição entre as ativações. Além disso, as regiões
ativadas com maior e menor diferenças espaciais concordam com as encontradas
para o estudo NOC, i.e., o putamen com o menor desvio e corpo caloso com o
maior.
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
71
Note que algumas estruturas, como o Tálamo, não apresentam desvio
padrão, uma vez que só se mostraram ativas em um único voluntário.
Tabela I. Principais áreas ativadas, e sua área de Brodmann correspondente, com suas coordenadas médias (± desvio padrão) x, y e z durante a estimulação NOC para direita.
Áreas Cerebrais Coordenadas Talairach (x; y; z) BA
FEF D
E
30,5 ± 7,4
-46,7 ± 5,9
-7,7 ± 2,3
-5,7 ± 6,4
50,8 ± 7,2
44,4 ± 8,8 4/6
SEF -3,1 ± 3,4 1,2 ± 11,5 52 ± 5,4 6
PEF D
E
44 ± 13,4
-44,7 ± 16,5
-37,6 ± 8,5
-35,7 ± 10,3
36,8 ± 12,4
35,2 ± 13 40/7
DLPFC D
E
32 ± 7,6
-31,6 ± 10,5
41,4 ± 9,9
53,3 ± 4,4
10,1 ± 14,2
5,9 ± 7,8 46/10
MT/MST D
E
49,6 ± 5,6
-52,3 ± 3,2
-57,9 ± 14,6
-44,5 ± 16,4
10 ± 4,1
8,8 ± 7,9 19/39
V1 D
E
3,8 ± 1
-9,6 ± 3,4
-82,2 ± 10,1
-84,7 ± 8,6
2,2 ± 7,5
4 ± 6 17/18
Paraestriado D
E
7 ± 5,3
-8,1 ± 4,8
-78 ± 12,9
-79,7 ± 9,2
-1,7 ± 4
0,8 ± 9,1 18
Ínsula Anterior D
E
39 ± 3
-38,7 ± 4,5
10,8 ± 8,7
8 ± 6,2
2,3 ± 5,1
4,5 ± 6,2 13
Ínsula Posterior D
E
39,7 ± 3
-44
-5,7 ± 3,8
-6
5,2 ± 4,6
12 13
Cíngulo Anterior D
E
6,5 ± 2,1
-5,3 ± 2,1
29 ± 14,1
32,7 ± 7,5
-8,5 ± 0,7
6 ± 8 24/32
Cíngulo Posterior D
E
6 ± 1
-
-59,7 ± 0,6
-
8,7 ± 3,8
- 30/31
Giro
Parahipocampal
D
E 25,5 ± 10,8 -22 ± 19,6 -11 ± 4,7 19/36
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
72
-18 ± 3,8 -27,7 ± 27,2 -10,7 ± 7,3
Cerebelo D
E
25 ± 8,3
-26,3 ± 13,8
-50,9 ± 8,1
-54,4 ± 9,1
-29,1 ± 8,1
-25 ± 8,4
Putamen D
E
22 ± 2,6
-20,5 ± 0,7
3,3 ± 6,8
7,5 ± 3,5
-0,7 ± 5,5
-0,5 ± 9,2
Tálamo D
E
11 ± 7
-13
-22 ± 2
-8
7,7 ± 8,6
6
Corpo Caloso D
E
1,5 ± 0,7
-5,3 ± 2,5
-9,5 ± 10,6
12,3 ± 20,8
24,5 ± 0,7
13 ± 10,5
Globo Pálido D
E
13,7 ± 4
-19,7 ± 4,7
-3 ± 5,6
-6,7 ± 4,1
-3,3 ± 2,5
-5 ± 1,7
As coordenadas foram calculadas no espaço Talairach, para cada uma das regiões, com base na localização da resposta individual.
Tabela II. Principais áreas ativadas, e sua área de Brodmann correspondente, com suas coordenadas médias x, y e z (± desvio padrão) durante a estimulação NOC para esquerda.
Áreas Cerebrais Coordenadas Talairach (x; y; z) BA
FEF D
E
36,7 ± 9,7
-45,9 ± 6,6
-5,3 ± 6,3
-2,9 ± 7,6
48,6 ± 6,7
44,7 ± 8,3 4/6
SEF 5,3 ± 4,2 4 ± 9 49 ± 4,4 6
PEF D
E
48,6 ± 12
-46,2 ± 18,8
-40 ± 7,1
-38,8 ± 10,7
39 ± 11,1
39,8 ± 10,9 40/7
DLPFC D
E
38,7 ± 7,2
-29,8 ± 7,8
49,3 ± 6,6
52,4 ± 4,7
8,6 ± 8,4
7,5 ± 6,7 46/10
MT/MST D
E
53 ± 6,2
-52,3 ± 7,1
-48,7 ± 19
-56 ± 13
4,6 ± 7
5,5 ± 11,6 19/39
V1 D
E
6 ± 1,1
-8,7 ± 4,6
-75,7 ± 3,7
-81,1 ± 7,8
8,2 ± 5,2
5,1 ± 9,2 17/18
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
73
Paraestriado D
E
8,7 ± 5,3
-9,9 ± 9,2
-73,4 ± 8,5
-75,3 ± 6,5
11,4 ± 11
2,3 ± 9,1 18
Ínsula Anterior D
E
37,6 ± 4,1
-37,4 ± 1,7
9 ± 5,9
6 ± 6,1
4,7 ± 4,1
8,2 ± 6,5 13
Ínsula Posterior D
E
38,2 ± 2
-38 ± 1
-5,4 ± 7
0,3 ± 3,8
5,6 ± 11
-3,7 ± 2,1 13
Cíngulo Anterior D
E
4 ± 1,4
-3
39 ± 10
42
9 ± 21,2
10 24/32
Cíngulo Posterior D
E
8,6 ± 3,2
-12 ± 6,3
-62 ± 6,6
-64,5 ± 3,7
12,6 ± 2,8
15 ± 1,4 30/31
Giro
Parahipocampal
D
E
27,2 ± 7
-24,5 ± 6,6
-26,3 ± 11,2
-18,3 ± 15,6
-14,2 ± 7,7
-13,3 ± 6 19/36
Cerebelo D
E
26,9 ± 12,7
-25 ± 12,6
-53,4 ± 8,8
-58,6 ± 9
-24,4 ± 5,8
-28,3 ± 6,7
Putamen D
E
21,3 ± 5,7
-22,8 ± 3,1
2,5 ± 7
6,2 ± 10
0 ± 6,5
1,6 ± 6
Tálamo D
E
5
-8,5 ± 2,1
-19
-14,5 ± 5
3
4,5 ± 2,1
Corpo Caloso D
E
5 ± 6,7
-3,7 ± 2,7
-10,2 ± 20,8
-18,5 ± 21,8
18,2 ± 6,3
21 ± 4,2
Globo Pálido D
E
12,3 ± 1,5
-14,3 ± 2,9
0,3 ± 3,2
-1,7 ± 4,6
1,3 ± 2,1
-1,3 ± 3,2
As coordenadas foram calculadas no espaço Talairach, para cada uma das regiões, com base na localização da resposta individual.
Tabela III – Principais áreas ativadas, e sua área de Brodmann correspondente, com suas
coordenadas médias (± desvio padrão) x, y e z durante o estudo Rastreio.
Áreas Cerebrais Coordenadas Talairach (x; y; z) BA
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
74
FEF D
E
40,3 ± 14,6
-41,3 ± 11,8
-8,5 ± 6,6
-9,6 ± 10,3
46,4 ± 6,7
46,7 ± 9,1 4/6
SEF 1,7 ± 7,1 -4,7 ± 4,8 52,8 ± 5,4 6
PEF D
E
38,7 ± 10,7
-46,5 ± 11,7
-45,5 ± 12,2
-37,5 ± 15,5
37,8 ± 12,2
28,5 ± 18,7 40/7
DLPFC D
E
33,8 ± 3,8
-27 ± 8,8
45,4 ± 11,8
50,5 ± 8,2
9,8 ± 6,5
3,3 ± 6 46/10
MT/MST D
E
44,8 ± 6,6
-45,6 ± 5,2
-61,4 ± 9,2
-64,6 ± 7,9
3,9 ± 8
2,4 ± 3,9 19/39
V1 D
E
10,7 ± 3,8
-6,5 ± 6
-86,5 ± 6,2
-87,8 ± 4,6
-1,8 ± 8,4
1,5 ± 9,3 17/18
Paraestriado D
E
8,8 ± 6,7
-16,2 ± 16,2
-76,6 ± 8,2
-74,2 ± 6,3
-1 ± 4
5,8 ± 12,3 18
Ínsula Anterior D
E
41 ± 4,4
-40 ± 2,6
2,7 ± 2,1
1,3 ± 4
4,7 ± 4,7
4 ± 4,4 13
Ínsula Posterior D
E
38,4 ± 4,5
-40,5 ± 3,5
-12 ± 8,8
-12 ± 4,2
8,8 ± 9
7 ± 11,3 13
Cíngulo Anterior D
E
4,5 ± 2,1
-4,5 ± 2,6
16 ± 11,3
21,8 ± 16,7
27 ± 12,7
11,3 ± 18,4 24/32
Cíngulo Posterior D
E
11,3 ± 3
-3,5 ± 24,7
-49,3 ± 13
-64,5 ± 0,7
19 ± 16,1
14 ± 4,2 30/31
Giro
Parahipocampal
D
E
22,3 ± 7,2
-33 ± 4,2
-34,3 ± 10
-14 ± 8,5
-5,9 ± 7
-16 ± 5,7 19/36
Cerebelo D
E
18,7 ± 8,4
-23,2 ± 9,8
-67,2 ± 9,3
-50,7 ± 15,5
-24,8 ± 7,2
-24 ± 11,5
Putamen D
E
20,3 ± 3,8
-22,5 ± 3,5
11,3 ± 4,2
-0,5 ± 6,4
1 ± 3
5,5 ± 2,1
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
75
Tálamo D
E
4
-9 ± 2,8
-14
-12 ± 8,5
1
8 ± 2,8
Corpo Caloso D
E
6 ± 1,4
-13
-3,5 ± 41,7
31
12,5 ± 4,9
3
Globo Pálido D
E
15
-10,5 ± 2,1
-1
3,5 ± 3,5
4
-0,5 ± 2,1
As coordenadas foram calculadas no espaço Talairach, para cada uma das regiões, com base na localização da resposta individual.
Tabela IV. Principais áreas ativadas, e sua área de Brodmann correspondente, com suas
coordenadas médias (± desvio padrão) x, y e z durante o estudo Sacade.
Áreas Cerebrais Coordenadas Talairach (x; y; z) BA
FEF D
E
41 ± 4,9
-41,3 ± 11,2
-6 ± 5,9
-10,3 ± 4,3
46,1 ± 5,7
48,4 ± 6,8 4/6
SEF -0,7 ± 3,1 -3,7 ± 6,2 53,6 ± 5,2 6
PEF D
E
37,7 ± 11,9
-42,3 ± 10,2
-44,7 ± 12,2
-43,9 ± 9,1
38,3 ± 8,8
37 ± 7 40/7
DLPFC D
E
36,5 ± 7,3
-32,8 ± 8,6
39 ± 10,4
40,5 ± 13,4
20,5 ± 14,6
17,7 ± 19,1 46/10
MT/MST D
E
44,6 ± 3
-44,9 ± 3,7
-65 ± 5,4
-71,1 ± 6,5
5,7 ± 8,3
5,3 ± 8,5 19/39
V1 D
E
7,2 ± 4,1
-10,5 ± 8
-86,6 ± 4,6
-91,2 ± 6,5
6,6 ± 2,2
-1,2 ± 7,2 17/18
Paraestriado D
E
17 ± 10,9
-17 ± 13,2
-71,3 ± 10,2
-74,7 ± 8,9
6 ± 8,8
1,1 ± 12,6 18
Ínsula Anterior D
E
38,8 ± 4,7
-39,8 ± 2,8
5,5 ± 9
4,6 ± 7,7
6,8 ± 2,2
4,8 ± 4,7 13
Ínsula Posterior D
E
-
-
-
-
-
- 13
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
76
Cíngulo Anterior D
E
11 ± 6
-6 ± 4,4
22 ± 20,7
12,3 ± 19,3
16,7 ± 25
23,3 ± 29 24/32
Cíngulo Posterior D
E
9 ± 7,6
-4,3 ± 4,6
-49,3 ± 10,6
-50,5 ± 10,4
20 ± 15
19,8 ± 14,4 30/31
Giro
Parahipocampal
D
E
28,8 ± 3,9
-26 ± 8,6
-26 ± 22,8
-35,8 ± 11,7
-12,8 ± 8,2
-8,8 ± 5,4 19/36
Cerebelo D
E
16,6 ± 9,4
-22,6 ± 10,3
-64,9 ± 13,2
-55,9 ± 16,4
-17,3 ±
16,5
-24,9 ± 9,7
Putamen D
E
20,9 ± 3,8
-23,8 ± 2,9
4,8 ± 6
-0,7 ± 5,5
1,6 ± 7
1,3 ± 6,1
Tálamo D
E
11,5 ± 4,9
-13 ± 2,6
-15,5 ± 2,1
-22 ± 4,4
7,5 ± 10,6
7,3 ± 9,6
Corpo Caloso D
E
3
-4,8 ± 2,5
-30
-9,6 ± 25,1
11
17,2 ± 6,7
Globo Pálido D
E
-
-15,3 ± 0,6
-
-1,3 ± 4
-
-0,7 ± 1,1
As coordenadas foram calculadas no espaço Talairach, para cada uma das regiões, com base na localização da resposta individual.
5.1.6 Análise da Freqüência de Ocorrência
A variabilidade da ativação entre os voluntários foi acessada pela
determinação da freqüência de ativação em cada região. Devido ao fato de várias
regiões aparecerem ativas nos três paradigmas, a comparação da freqüência de
ativação para a mesma região, entre dois estudos (NOC para direita versus NOC
para esquerda, e Rastreio versus Sacade), permitiu o acesso da variabilidade entre
esses estudos. A análise da freqüência de ocorrência entre os estudos NOC para
direita e NOC para esquerda, apresentados na Tabela V, mostra o envolvimento
predominante das áreas frontais em ambos os estudos. Entretanto, para os estudos
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
77
Rastreio e Sacade (Tabela VI) houve o envolvimento predominante das áreas
frontais, além da área MT/MST.
Tabela V. Principais áreas ativadas, e sua área de Brodmann correspondente, com a
freqüência de ativação para os estudos NOC para direita e NOC para esquerda.
Áreas Cerebrais BA f NOC direita
(%)
f NOC esquerda
(%)
FEF 4/6 100 100
SEF 6 88 67
PEF 40/7 75 78
DLPFC 46/10 100 100
MT/MST 19/39 88 100
V1 17/18 88 89
Paraestriado 18 100 89
Ínsula Anterior 13 88 89
Ínsula Posterior 13 63 67
Cíngulo Anterior 24/32 50 25
Cíngulo Posterior 30/31 38 78
Giro Parahipocampal 19/36 75 78
Cerebelo 100 89
Putamen 63 56
Tálamo 38 25
Corpo Caloso 38 67
Globo Pálido 50 56
Tabela VI. Principais áreas ativadas, e sua área de Brodmann (BA) correspondente, com a freqüência de ativação para os estudos Rastreio e Sacade.
Áreas Cerebrais BA f Rastreio (%) f Sacade (%)
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
78
FEF 4/6 100 100
SEF 6 75 88
PEF 40/7 75 88
DLPFC 46/10 88 88
MT/MST 19/39 100 100
V1 17/18 75 75
Paraestriado 18 75 88
Ínsula Anterior 13 38 75
Ínsula Posterior 13 63 0
Cíngulo Anterior 24/32 50 63
Cíngulo Posterior 30/31 50 63
Giro Parahipocampal 19/36 100 63
Cerebelo 75 100
Putamen 50 88
Tálamo 38 38
Corpo Caloso 25 63
Globo Pálido 38 38
5.1.7 Análise Combinada da Freqüência
Essa análise mostra quantas vezes uma dada região pode ser encontrada, no
mesmo voluntário, em dois tipos de estudos e, quão freqüente uma dada região
pode aparecer ativa em um estudo, no outro, ou em ambos.
Nas figuras 5.8 e 5.9, as barras pretas indicam as áreas que mostraram
atividade para os dois estudos em um mesmo voluntário. As barras brancas indicam
as áreas que mostraram atividade em pelo menos um dos estudos. A figura 5.8
mostra que as regiões FEF e DLPFC foram ativadas em todos os voluntários, para
o caso dos estudos NOC. Notamos que, ao considerarmos o número de voluntários
que ativaram a mesma área nos dois estudos, houve um decréscimo significativo da
freqüência em quase todos os voluntários. As áreas que mostram um decréscimo
maior na freqüência de ativação foram o putamen e o tálamo. Sendo que o tálamo
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
79
não mostrou atividade quando consideramos a ativação dos dois estudos no mesmo
voluntário.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Glo
bo P
ál.
Cor
po C
al.
Tála
mo
Put
amen
Cer
ebel
o
G. P
arah
ip.
CP
CAIPIA
Par
aest
r.V1
MT
/MS
TD
LPFCPEF
SE
FFE
F
Núm
ero
de o
bser
vaçõ
es
Figura 5.8 – Análise combinada da freqüência para os estudos NOC para direita e NOC para esquerda. As barras pretas indicam as áreas que mostraram atividade nos dois estudos para o mesmo voluntário. As barras brancas indicam as áreas que mostraram atividade no estudo NOC para direita ou no estudo NOC para esquerda.
Ao considerarmos os estudos Rastreio e Sacade (fig. 5.9) verificamos que as
áreas FEF e MT/MST foram ativadas em todos os voluntários. Notamos que, como
para o caso dos estudos NOC, ao considerarmos o número de voluntários que
ativaram a mesma área nos dois estudos, houve um decréscimo significativo da
freqüência em quase todos os voluntários. As áreas que mostraram um decréscimo
maior na freqüência de ativação foram a ínsula posterior e o cíngulo anterior e
posterior. Observamos, também, que a ínsula posterior não apresentou atividade ao
consideramos a ativação dos dois estudos no mesmo voluntário, essa área
apresentou atividade somente durante o estudo Rastreio (5 voluntários).
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
80
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Glo
bo P
ál.
Corp
o C
al.
Tála
mo
Put
amen
Cere
belo
G. P
arah
ip.
CPIP CAIAP
arae
str.V1
MT
/MST
DLP
FCPE
FS
EF
FEF
Núm
ero
de o
bser
vaçõ
es
Figura 5.9 – Análise combinada da freqüência para os estudos Rastreio e Sacade. As barras pretas indicam as áreas que mostraram atividade no mesmo voluntário, durante os dois estudos. As barras brancas indicam as áreas que mostraram atividade no estudo Rastreio ou no estudo Sacade.
5.1.8 Índice de Lateralização
O número de pixels ativados em cada hemisfério variou significativamente
com o valor-z, isto é, o número de pixels ativados depende do valor-z. O método
IL1 foi obtido pelo número de pixels ativados nos hemisférios direito e esquerdo,
considerando um valor fixo para o valor-z (valor-z = 4.0 para o estudo NOC para
direita e valor-z = 3.6 para o estudo NOC para esquerda; valor-z = 4.8 para o
estudo Rastreio e valor-z = 4.4 para o estudo Sacade). Esses valores foram
determinados pela significância média encontrada entre os voluntários, mas nos
mesmos voluntários, IL1 variou com o valor-z. Devido ao fato de IL1 ser
influenciado pelo limiar estatístico, quantificamos esses índices pelo método IL2,
lembrando que IL1 é calculado com um valor fixo de z e IL2 tem como base a
análise do índice de lateralização independentemente do valor estatístico.
O diagrama (no qual o eixo-x representa o valor-z e o eixo-y o número de
pixels ativados) mostrou um padrão fixo exponencial para todos os voluntários
(figura 5.10).
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
81
2 4 6 8 10 120
20000
40000
60000
80000
100000
Núm
ero
de p
ixel
s at
ivad
os e
m c
ada
hem
isfé
rio
valor-z
Figura 5.10 – Diagrama do número de pixels ativados versus o valor-z. Os círculos indicam os valores para os pixels ativados no hemisfério direito e os quadrados, os pixels ativados no hemisfério esquerdo.
Ajustamos, então, a curva dos pixels ativados a uma função particular do tipo
( )nzvalor −/1 , a qual chamamos de função de regressão. Em seguida, calculamos o
valor do coeficiente de correlação da regressão linear de cada voluntário, para cada
um dos estudos. O coeficiente de correlação tanto para os dois hemisférios, como
somente para o hemisfério esquerdo e somente para o hemisfério direito mostraram
uma máxima correlação em n = 2 para o estudo NOC para direita (Figura 5.11) e
para o estudo Sacade (Figura 5.14) e em n = 3 para o estudo NOC para esquerda
(Figura 5.12) e para o estudo Rastreio (Figura 5.13). Assim, calculamos os IL2 pela
equação (4.4). Os valores calculados pelos diferentes métodos para o índice de
lateralização estão representados nas Tabelas VII e VIII.
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
82
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100,90
0,95
1,00
1,05
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(1/valor-z)n
(b) Hemisfério direito
Méd
ia d
o co
efic
ient
e de
cor
rela
ção
(1/valor-z)n
(a) Hemisfério esquerdo
(1/valor-z)n
(c) Hemisfério direito e esquerdo
Figura 5.11 – Média do coeficiente de correlação entre (1/valor-z), (1/valor-z)2, ..., (1/valor-z)10 e o número de pixels ativados no hemisfério esquerdo (a), no hemisfério direito (b) e no hemisfério direito e esquerdo (c) para o estudo NOC para direita.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100,90
0,95
1,00
1,05
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Méd
ia d
o co
efic
ient
e de
cor
rela
ção
(1/valor-z)n
(a) Hemisfério esquerdo
(1/valor-z)n
(b) Hemisfério direito
(1/valor-z)n
(c) Hemisfério direito e esquerdo
Figura 5.12 - Média do coeficiente de correlação entre (1/valor-z), (1/valor-z)2, ..., (1/valor-z)10 e o número de pixels ativados no hemisfério esquerdo (a), no hemisfério direito (b) e no hemisfério direito e esquerdo (c) para o estudo NOC para esquerda.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100,90
0,95
1,00
1,05
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Méd
ia d
o co
efic
ient
e de
cor
rela
ção
(1/valor-z)n
(a) Hemisfério esquerdo
(1/valor-z)n
(b) Hemisfério direito
(1/valor-z)n
(c) Hemisfério direito e esquerdo
Figura 5.13 – Média do coeficiente de correlação entre (1/valor-z), (1/valor-z)2, ..., (1/valor-z)10 e o número de pixels ativados no hemisfério esquerdo (a), no hemisfério direito (b) e no hemisfério direito e esquerdo (c) para o estudo Rastreio.
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
83
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100,90
0,95
1,00
1,05
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Méd
ia d
o co
efic
ient
e de
cor
rela
ção
(1/valor-z)n
(a) Hemisfério esquerdo
(1/valor-z)n
(b) Hemisfério direito
(1/valor-z)n
(c) Hemisfério direito e esquerdo
Figura 5.14. Média do coeficiente de correlação entre (1/valor-z), (1/valor-z)2, ..., (1/valor-z)10 e o número de pixels ativados no hemisfério esquerdo (a), no hemisfério direito (b) e no hemisfério direito e esquerdo (c) para o estudo Sacade.
As tabelas VII e VIII mostram os índices de lateralização encontrados para cada voluntário pelos diferentes métodos utilizados.
Tabela VII. Índice de Lateralização para os estudos NOC para direita e NOC para esquerda.
Voluntário Estudo NOC direita Estudo NOC esquerda
IL1 (%) IL2 (%) IL1 (%) IL2 (%)
V1 -3 7 -93 -4
V2 -67 12 24 -6
V3 -16 -17 -33 -19
V4 29 -1 -73 -39
V5 34 13 8 13
V6 -28 -5 -15 -12
V7 76 29 -9 -2
V8 -13 -9 9 -2
V9 - - -8 -8
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
84
Tabela VIII. Índice de Lateralização para os estudos Rastreio e Sacade.
Voluntário Estudo Rastreio Estudo Sacade
IL1 (%) IL2 (%) IL1 (%) IL2 (%)
V1 6 1 7 -2
V2 -29 2 10 24
V3 100 -3 37 2
V4 84 5 1 -3
V5 -64 -7 -20 -18
V6 -9 -11 6 0
V7 16 0 -8 -23
V8 -30 -15 -15 4
No caso de IL1, percebemos uma ligeira predominância do hemisfério direito
para os estudos NOC, sendo maior durante o estudo NOC para esquerda. O
mesmo ocorreu ao considerarmos o método IL2 (Tabela VII). Se analisarmos, por
exemplo, o caso do voluntário 1 (V1) para o estudo NOC para esquerda, notamos
que o índice primeiramente considerado alto se apresenta menos significativos ao
levarmos em consideração a influência do limiar estatístico.
Verificamos uma leve predominância do hemisfério esquerdo durante o
estudo Sacade e nenhuma predominância durante o estudo Rastreio, ao
considerarmos apenas o método IL1. Entretanto, ao utilizarmos o método IL2, a
dominância do hemisfério esquerdo durante o estudo Sacade não é mais tão
proeminente (Tabela VIII). Se considerarmos, por exemplo, o caso do voluntário 3
(V3) para o estudo Rastreio, notamos que, primeiramente poderíamos considerá-lo
com uma total predominância do hemisfério esquerdo, mas ao levarmos em
consideração a influência do limiar estatístico essa predominância desaparece.
5.2 Discussão
Nesse estudo utilizamos três tipos de paradigmas com o intuito de
acessarmos a variabilidade de ativação das áreas relacionadas ao sistema vestibular e
aos movimentos dos olhos do tipo rastreio e sacade, em voluntários normais. O
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
85
estudo NOC utilizado nesse estudo mostrou uma leve dominância do hemisfério
direito independente da direção do estímulo, concordando com outro estudo já
realizado [Dieterich et al. 1998]. O estudo NOC para esquerda mostrou possuir uma
maior probabilidade para essa dominância, pois dos nove voluntários analisados,
apenas um não apresentou a dominância hemisférica direita. Entretanto, os estudos
Rastreio e Sacade não apresentaram dominância alguma. Independente do método
utilizado para encontrarmos o índice de lateralização, dos oito voluntários estudados
quatro apresentaram dominância do hemisfério direito e quatro apresentaram
dominância do hemisfério esquerdo.
Bucher et al. [Bucher et al. 1997] encontraram uma dominância do hemisfério
direito para estimulação NOC apenas na região occipito-temporal. Além disso, um
estudo envolvendo estimulação por movimento sacádico do olho mostrou possuir
uma atividade mais pronunciada no hemisfério direito. Contudo não foi realizada
uma análise quantitativa dessa assimetria [Muri et al. 1996]. A predominância do
hemisfério direito no campo frontal do olho e no campo suplementar do olho
também foi confirmada durante uma estimulação do tipo sacade guiado por
memória após um período de atraso [Sweeney et al. 1996 ].
Um estudo envolvendo orientação visuo-espacial e a técnica PET também
mostrou possuir uma dominância do hemisfério direito em três áreas: no córtex
parietal posterior, no cíngulo anterior e no sulco temporal superior [Nobre et al.
1997]. Estudos relacionados em pacientes com lesões no córtex parietal posterior
direito e/ou no córtex frontal dorsolateral direito indicam danos mais significativos
comparados a lesões equivalentes no lado esquerdo [Lekwuwa & Barnes 1996 ].
Além disso, um estudo com fMRI mostrou uma sobreposição de atividade durante
dois estímulos (indicação da linha média e NOC) no córtex parietal posterior direto
[Boileau et al. 2002].
Um estudo envolvendo uma tarefa de memória de trabalho (working memory),
onde uma tarefa de abstração foi utilizada, mostrou o envolvimento predominante
do córtex frontal dorsolateral médio direito [Petrides et al. 1993]. Pardo et al.
realizaram um estudo com PET, no qual identificaram mudanças na atividade
cerebral regional durante tarefas visual e somatosensorial de atenção relacionadas ao
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
86
córtex pré-frontal e ao córtex parietal superior primeiramente no hemisfério direito,
independente da modalidade de lateralidade do estímulo sensorial [Pardo et al. 1991].
Um estudo utilizando a técnica PET e estimulação calórica mostrou uma
dominância do hemisfério não-dominante ipsilateral ao ouvido estimulado, isto é,
dominância do hemisfério direito para voluntários destros durante estimulação do
ouvido direito e dominância do hemisfério esquerdo para voluntários canhotos
durante estimulação do ouvido esquerdo [Dieterich et al. 2003b].
É importante percebermos a diferença existente entre os valores dos índices
devido ao método empregado neste estudo. Alguns critérios precisam ser
estabelecidos para podermos dizer que um método é útil e apropriado. Primeiro, os
resultado devem representar boas informações sobre os voluntários, segundo os
resultados devem ser facilmente comparados e terceiro, o método deve possuir boa
reprodutibilidade. Como os valores de IL1 mostraram uma alta variabilidade
dependente do valor-z, o primeiro critério já não é preenchido. Além disso, o
número de pixels ativados a um certo limiar varia entre os voluntários, então o
método IL1 não possui uma confiabilidade, com isso não é possível comparar dois
valores de IL1, então, o método IL1 não atinge o segundo critério. Entretanto,
pudemos verificar que o método IL2 representa uma maneira qualitativa de
determinar o índice de lateralização. Portanto, a comparação entre o padrão
exponencial entre os dois hemisférios é mais exato e confiável comparado a
comparação entre o número de pixels ativados somente em um limiar.
Como a dominância hemisférica não se mostrou tão evidente neste estudo e,
além disso, nenhum dos estudos citados realizou uma análise quantitativa do índice
de lateralização, ainda precisamos realizar outras análises envolvendo o índice de
lateralização para que possamos determinar a dominância hemisférica das funções
vestibular e oculomotora. Trataremos, portanto, desses possíveis estudos na seção
de perspectivas.
5.2.1 Campo Frontal do Olho
O FEF está localizado na intersecção entre o sulco pré-central e o sulco
frontal superior (figura 5.15) [Paus 1996]. O fato do FEF ter mostrado a maior
freqüência de ativação nos três paradigmas demonstra a confiabilidade da ativação
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
87
dessa área nesses tipo de paradigmas e indica que ela pode ser encontrada, com
maior probabilidade, em voluntários normais mesmo quando apenas um desses
paradigmas é utilizado [Darby et al. 1996; Bucher et al. 1997; Corbetta et al. 1998;
Dieterich et al. 1998; O´Driscoll et al. 1998; Gaymard et al. 1999; O´Driscoll et al.
2000; Kimmig et al. 2001; Schmid et al. 2001; Petit & Haxby 1999; Rosano et al.
2002; Tanabe et al. 2002; Blanke & Seeck 2003; Dieterich et al. 2003a; Lencer et al.
2004; Pierrot-Deseilligny et al. 2004].
Figura 5.15 – Localização anatômica do campo frontal do olho (FEF) em uma representação 3D do cérebro humano.
A análise combinada da freqüência de ativação das regiões mostrou que a
probabilidade de ativação chega a 100% quando considerados os dois estudos juntos
(tanto para o caso dos estudos NOC para direita e NOC para esquerda, quando para
os estudos Rastreio e Sacade).
Estudos eletrofisiológicos demonstram claramente que o FEF é a maior área
oculomotora cortical envolvida no controle do movimento sacádico. O FEF está
envolvido na preparação e na facilitação do sacade intencional, o qual é
internamente provocado pelo alvo já apresentado (sacade visualmente guiado), ainda
não apresentado (sacade predito) e não visível (sacade guiado por memória) [Pierrot-
Deseilligny et al. 2004].
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
88
O FEF está, também, envolvido na inibição do movimento sacádico. Células
de fixação, em macacos, estão provavelmente envolvidas com a função de inibição.
Essas células, que normalmente reduzem sua atividade durante a preparação do
movimento sacádico, mostram um aumento na atividade imediatamente após a
apresentação do sinal de cancelamento [Hanes et al. 1998].
Durante o movimento de perseguição lenta do olho o FEF reflete não
apenas a execução, mas também a predição da perseguição lenta [Krauzlis 2004].
Ao analisarmos a variabilidade espacial da área FEF, comprovamos uma alta
variância em termos das coordenadas x, y e z. Isso está de acordo com um estudo
citoarquitetônico envolvendo o giro pré-central. Nesse estudo encontrou-se uma
grande variabilidade na localização do giro pré-central entre hemisférios e entre
cérebros [Rademacher et al. 2001]. Além disso, Watkins et al. mostraram uma maior
quantidade de matéria cinzenta no lobo frontal direito [Watkins et al. 2001].
Verificamos, também, que o FEF mostrou uma variabilidade maior durante o
estudo NOC para esquerda, comparado ao estudo NOC para direita.
Dieterich e colaboradores [Dieterich et al. 2003a] sugerem uma diferenciação
entre dois focos de ativação no giro pré-central nos dois hemisférios: um no giro
infero-lateral (BA 9) e o outro no ântero-medial, na junção do sulco frontal superior
com o sulco pré-central (BA 6). Um estudo com estimulação elétrica do FEF de
humanos, mostrou desvios lentos contralaterais do olho, onde os locais de
estimulação desses movimentos foram localizados no sulco pré-central, mais
posterior ao local de estimulação do sacade [Blanke & Seeck 2003].
Encontramos uma variabilidade maior para o estudo Rastreio comparado ao
estudo Sacade. Estudos indicam duas sub-regiões para o FEF, na qual uma
localização média para o rastreio é situada mais inferior e lateral do que a
relacionada a atividade do Sacade [Paus 1996; Petit & Haxby 1999; Rosano et al.
2002].
5.2.2 Campo Suplementar do Olho
O SEF (Suplementary Eye Field) está localizado na superfície medial do giro
frontal superior, na parte superior do sulco pré-central [Grosbras et al. 1999]. Esta
região está conectada com todas as áreas que envolvem o controle do olho – o FEF,
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
89
o DLPFC (córtex pré-frontal dorsolateral), o córtex do cíngulo anterior e também
com o PPC (Posterior Parietal Córtex) [Pierrot- Deseilligny et al. 2004].
Estudos envolvendo lesão do SEF mostraram que esta área está envolvida no
programa motor compreendendo um movimento sacádico combinado com o
movimento do corpo ou uma seqüência de vários sacades sucessivos [Gaymard et al.
1999]. No caso da seqüência de sacade, estudos com TMS (Estimulação Magnética
Transcraniana, Transcanial Magnetic Stimulation – TMS) e fMRI também mostraram
que uma região mais anterior está envolvida durante a apresentação de uma
seqüência de estímulos visuais (aprendizado motor), onde o SEF está envolvido na
execução da seqüência motora. No entanto, o SEF pode preparar todos os
programas motores inicialmente, mesmo quando estão limitados a um único sacade
[Pierrot- Deseilligny et al. 2004]. Além disso, o SEF participa do planejamento do
movimento de perseguição do olho, similar ao papel que a área motora suplementar
parece executar para outros tipos de movimento [Krauzlis 2004].
Na análise da variabilidade espacial, o SEF mostrou uma alta variância
espacial [Watkins et al. 2001], tanto para os estudos NOC quanto para os estudos
Rastreio e Sacade. No caso do paradigma NOC, o SEF mostrou uma freqüência de
ativação inter-individual maior para o estudo NOC para direita (88%). Entretanto,
para os estudos Rastreio e Sacade, a freqüência de atividade inter-individual foi
maior para o estudo Sacade (88%). Isso pode estar relacionado ao fato da área
correspondente ao movimento de rastreio no SEF ser menor quando comparada à
encontrada durante o sacade [Petit & Haxby 1999]. Um estudo envolvendo o
movimento de rastreio do olho mostrou uma alta freqüência de atividade (12 dos 15
voluntários analisados) no SEF [Tanabe et al. 2002].
Finalmente, quando consideramos os dois estudos juntos, primeiramente no
paradigma NOC, a probabilidade de encontrarmos ativação na área SEF é
considerável (7/8 voluntários). Para os estudos Rastreio e Sacade chega a 100%, o
que sugere uma maior probabilidade de encontrarmos a área SEF em estudos que
envolvam os estudos Rastreio e Sacade [Bucher et al. 1997; Corbetta et al. 1998;
Dieterich et al. 1998; O´Driscoll et al. 1998; Gaymard et al. 1999; Petit & Haxby
1999; O´Driscoll et al. 2000; Kimmig et al. 2001; Schmid et al. 2001; Tanabe et al.
2002; Dieterich et al. 2003a; Lencer et al. 2004; Pierrot-Deseilligny et al. 2004].
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
90
5.2.3 Córtex Pré-Frontal Dorsolateral
A figura 5.16 mostra a localização anatômica do DLPFC (Dorsolateral
Prefrontal Cortex) em uma visão tri-dimensional. O papel central executado pelo
córtex frontal e, especialmente, pelo DLPFC na supressão do sacade foi
demonstrado por estudos de lesões em humanos e confirmado por estudos de
neuroimagens [Muri et al. 1998; Pierrot-Deseilligny et al. 2003]. A região frontal
envolvida na supressão de sacades reflexivos foi mais precisamente localizada no
DLPFC.
Figura 5.16 – Localização anatômica do córtex pré-frontal dorsolateral em uma visão 3D do cérebro humano.
O tálamo parece estar envolvido em alguns aspectos na atenção seletiva,
desde que vários núcleos talâmicos estão diretamente conectados ao DLPFC,
liberando sinais tanto do cerebelo ou dos núcleos da base. No entanto, evidências
diretas que suportam um envolvimento dos núcleos da base ou do tálamo na
supressão do sacade reflexivo não foram provadas até agora.
Resultados de um estudo com TMS em voluntários normais [Brandt et al.
1998] sugerem: (1) um controle da memória espacial pela área DLPFC durante os
primeiros segundos de atraso; e (2) uma independência parcial do estado DLPFC
existente durante esses primeiros segundos para a construção da informação da
memória utilizada em longos atrasos.
O DLPFC mostra respostas de aspectos de seleção e monitoramento,
especialmente com alvos não previsíveis [Schmid et al. 2001], indicando, seu
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
91
envolvimento no controle de sacades preditivas. Após lesões limitadas ao DLPFC, a
porcentagem de sacades preditivas decresce significativamente. Isso resulta na
conjunção das sugestões referidas anteriormente, de que o DLPFC executa um
papel crucial em processos de decisão governando o comportamento do movimento
do olho, preparando o movimento sacádico intencional para a inibição do sacade
reflexivo indesejável (inibição), mantendo a informação da memória do sacade
intencional (memorização espacial) ou facilitando o sacade antecipatório intencional
(predição), dependendo do ambiente externo e das circunstâncias internas. O
DLPFC, além de estar envolvido na inibição do sacade, também está envolvido com
a memória espacial em processos de decisão [Pierrot-Deseilligny et al. 2004].
Apesar da grande variabilidade espacial [Zilles et al. 1997; Watkins et al. 2001]
apresentada nos três paradigmas, a freqüência de ativação da região DLPFC no
paradigma NOC foi de 100%. Essa freqüência também é encontrada para os dois
tipos da análise combinada da freqüência, o que indica uma alta probabilidade de
encontrarmos essa área em estudos que envolvam a estimulação optocinética em
voluntários normais [Bucher et al. 1997; Dieterich et al. 1998; Dieterich et al. 2003a].
Já para os estudos Rastreio e Sacade a freqüência de ativação chegou a 88%.
Mas, se considerarmos a análise da freqüência combinada para os dois estudos, essa
freqüência chega a 100%. E, considerando o caso da área DLPFC ser encontrada no
mesmo voluntário durante esses estudos, há um decréscimo significativo da
freqüência de ativação (6/8 voluntários). Mesmo assim, vários estudos mostram
atividade do DLPFC durante estimulações do movimento do olho do tipo rastreio e
sacade [Corbetta et al. 1998; Gaymard et al. 1999; Schmid et al. 2001; Condy et al.
2004; Lencer et al. 2004]. Entretanto, um estudo de Pierrot-Deseilligny et al. mostra
atividade do DLPFC apenas relacionada ao sacade [Pierrot-Deseilligny et al. 2003],
que pode estar relacionada à variabilidade encontrada neste trabalho.
5.2.4 Campo Parietal do Olho
O sulco intraparietal (Intraparietal Sulcus – IPS) separa o lobo parietal superior
(Superior Parietal Lobe – SPL), localizado medialmente (i.e. área 7 de Brodmann), do
lobo parietal inferior, localizado lateralmente. O último compreende a área 40 de
Brodmann (i. e. o giro supramarginal) e a área 39 de Brodmann (i. e., o giro angular).
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
92
O Campo parietal do olho (Parietal Eye Field – PEF) está localizado na parede medial
do IPS.
O lobo parietal, particularmente sua parte posterior, o PPC, está envolvido
no controle do movimento sacádico e da atenção [Pierrot-Deseilligny et al. 2004]. O
papel da integração espacial do PPC também foi confirmado por dois estudos
envolvendo TMS, no qual a acurácia do sacade guiado por memória foi prejudicada
durante a aplicação de um pulso magnético sobre uma região que cobria o PPC (isto
é, durante a fase correspondente a integração visuo-espacial) [Muri et al. 1996;
Brandt et al. 1998].
Estimulações leves do PEF, em macacos, resultam numa simples mudança
de atenção visual (sem movimento dos olhos), enquanto estimulações intensas
resultam em um sacade [Cutrell & Marrocco 2002]. A ativação dessa área é também
modulada pela posição da cabeça, um resultado que está provavelmente relacionado
ao papel dessa área na integração visuo-espacial. Estudos com fMRI mostram que a
atualização espacial da informação visual ocorre no PPC humano (incluindo a região
PEF) após um movimento do olho [Medendorp et al. 2003; Merriam et al. 2003].
Há agora evidências acumuladas, com base em estudos utilizando a técnica
de fMRI, sugerindo que a parte anterior do IPS está mais envolvida na coordenação
do conjunto cabeça-olho e a parte posterior do SPL em processos de atenção
[Simon et al. 2002; Yantis et al. 2002]. Neurônios do sulco intraparietal participam no
mapa interno da representação sensorial, na localização de alvos visuais e na atenção
espacial [Kimmig et al. 2001].
Além disso, o PEF contém células visuais que descarregam vigorosamente
em resposta a novos estímulos inesperados. Devido essa área ser diretamente ligada
ao colículo superior, esta pode ser a responsável pela rápida orientação do
movimento dos olhos na direção do estímulo de início repentino [Gaymard et al.
1999].
Lesões no lobo parietal e occipital resultam em anormalidades do movimento
de rastreio. Diferente do efeito de lesões no FEF e no colículo superior, os déficits
do movimento dos olhos são feitos em direção ao lado da lesão. Por exemplo, uma
lesão na região parieto-occipital esquerda resulta em uma inabilidade de rastrear um
objeto movendo da direita para a esquerda.
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
93
Boileau et al. mostraram que o PPC é o local anatômico onde os sinais
multimodais sensoriais e motores são combinados e a informação espacial é
construída. Lesões que afetam o PPC do hemisfério direito são freqüentemente
relacionadas à síndrome de negligência, a qual é acompanhada por um desvio da
linha média [Boileau et al. 2002].
O PEF apresentou uma freqüência de ativação maior durante o estudo NOC
para a esquerda (78%), sendo que, ao considerarmos os dois estudos juntos, a
freqüência atinge 88%. Mas essa freqüência decresce significantemente quando
levamos em consideração apenas os voluntários que ativaram a região PEF nos dois
estudos (5/8 voluntários), o que nos leva a crer que a ativação da área PEF
certamente será encontrada em estudos com estimulação optocinética [Bucher et al.
1997; Dieterich et al. 1998; Boileau et al. 2002; Kleinschimdt et al. 2002; Dieterich et
al. 2003a] com uma probabilidade maior de ocorrência durante a estimulação NOC
para esquerda.
Já para o estudo Sacade a freqüência de ativação inter-individual é maior
(88%) quando comparada ao estudo Rastreio (75%). Entretanto, se consideramos a
análise da freqüência na qual o mesmo voluntário ativou o campo parietal do olho, a
freqüência atinge somente 50%. Apesar disso, pudemos encontrar uma freqüência
de ativação para os dois estudos de 100%, transformando essa região em uma
provável região ativa nos estudos Rastreio e Sacade [Corbetta et al. 1998; O’Driscoll
et al. 1998; Kimmig et al. 2001; Petit & Haxby 1999; O’Driscoll et al. 2000; Schmid et
al. 2001; Tanabe et al. 2002; Lencer et al. 2004; Krauzlis et al. 2004].
Apesar da alta probabilidade de ocorrência dessa área nos três paradigmas,
observamos uma alta variância espacial. Este resultado está de acordo com Watkins
et al. (2001) que demonstraram uma maior quantidade de matéria cinzenta no lobo
parietal superior esquerdo, incluindo o giro angular e o sulco intraparietal [Watkins
et al. 2001].
5.2.5 Córtex do Cíngulo
O córtex do cíngulo é dividido em córtex do cíngulo anterior (Anterior
Cingulate Cortex – ACC) (área 24 de Brodmann) e córtex do cíngulo posterior
(Posterior Cingulate Cortex – PCC) (área 23 de Brodmann). A parte posterior do ACC
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
94
está envolvida no controle do movimento sacádico, mais precisamente no controle
do sacade intencional, mas não no controle do sacade reflexivo. O limite entre as
áreas 23 e 24 de Brodmann está envolvido no processo que preparar todas as áreas
oculomotoras frontais envolvidas no controle do sacade intencional para agir no
comportamento motor [Gaymard et al. 1999; Pierrot-Deseilligny et al. 2004]. O PCC
também é ativado durante o movimento de perseguição [Tanabe et al., 2002]. Dois
estudos com fMRI, no entanto, tem sugerido que o PCC é ativado durante
paradigmas puramente de atenção [Hopfinger et al. 2000; Small et al. 2003].
A ativação do cíngulo anterior e posterior nos três paradigmas mostrou uma
alta variabilidade espacial. O que está de acordo com um estudo envolvendo
assimetria hemisférica, a qual mostra uma maior quantidade de matéria cinzenta no
sulco do cíngulo direito [Watkins et al. 2001]. Fornito et al. (2004) mostraram que
diferenças individuais nos giros cerebrais acarretam implicações em funções
cognitivas, os voluntários com assimetria esquerda no sulco paracíngulo, comparado
a um padrão simétrico ou de assimetria direita, demonstraram uma melhor
performance nas tarefas verbal e espacial que estão envolvidas na execução de
processos cognitivos.
Considerando a divisão do córtex do cíngulo, a região ACC mostrou uma
freqüência de ativação maior comparada ao PCC durante o estudo NOC para direita
(o PCC só mostrou atividade no hemisfério esquerdo). Entretanto, durante o estudo
NOC para esquerda, o PCC mostrou uma maior freqüência de atividade. Para a
análise da freqüência combinada à região PCC mostrou uma maior freqüência, tanto
para os dois estudos (75%) quanto para o caso dessa área apresentar atividade no
mesmo voluntário (3/8 voluntários). Podemos considerar o ACC e PCC como
regiões possivelmente ativas em estudos com estimulação optocinética,
considerando, no entanto, a região PCC com uma maior probabilidade de
ocorrência comparada ao ACC. Contudo, Dieterich et al. (1998) mostraram ativação
na região ACC e desativação da região PCC. Um estudo envolvendo estimulação
calórica mostrou ativação da região ACC, sendo que a ativação dessa região foi
predominante no hemisfério contralateral ao ouvido estimulado [Dieterich et al.
2003b].
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
95
Considerando os estudos Rastreio e Sacade, a freqüência de ativação para as
regiões ACC e PCC foi praticamente a mesma (50% para o estudo Rastreio e 63%
para o estudo Sacade). Considerando a análise dos dois estudos juntos, as duas
regiões mostraram uma freqüência de 88%. Entretanto, se considerarmos a
atividade dessas regiões nos mesmos voluntários a freqüência diminui
significantemente (2/8 voluntários), indicando que podemos encontrar pelo menos
uma dessas regiões em estudos que envolvam os paradigmas Rastreio e/ou Sacade
[Gaymard et al. 1998a,b; Schmid et al. 2001; Mort et al. 2003; Pierrot-Deseilligny et al.
2004].
Uma maior freqüência de atividade no PCC também foi encontrada durante
um estudo de fMRI com estimulação por movimento de rastreio, nesse dos 15
voluntários estudados apenas 9 mostraram atividade na região ACC e 14 desses
voluntários mostraram atividade na região PCC [Tanabe et al. 2002].
5.2.6 V1 e Paraestriado
As áreas V1 e paraestriada estão localizadas no córtex occipital e representam
as áreas visual primária e secundária, respectivamente (figura 5.17). O córtex
estriado e paraestriado foram ativados durante os três paradigmas empregados,
confirmando sua sensibilidade ao movimento visual [Darby et al. 1996; Corbetta et
al. 1998; O’Driscoll et al. 1998; Petit & Haxby 1999; O’Driscoll et al. 2000; Kimmig et
al. 2001; Tanabe et al. 2002] e a estimulação optocinética [Bucher et al. 1997;
Dieterich et al. 1998; Galati et al. 1999; Dieterich et al. 2003a]. Entretanto, a análise
da freqüência de ativação dessas áreas mostrou uma freqüência baixa. Somente a
área paraestriada apresentou 100% de ativação para os estudos NOC, a qual era
esperada para os três paradigmas e também para a área V1. Para a análise combinada
a maior freqüência também ocorreu na área paraestriada (100%), considerando o
caso dos dois estudos juntos e, considerando a ativação dessas áreas no mesmo
voluntário, a freqüência foi de 88% para as duas áreas.
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
96
Figura 5.17 – Representação 3D da localização anatômica do córtex occipital.
As análises combinadas para os estudos de Rastreio e Sacade confirmaram
uma maior freqüência de ativação da área paraestriada (100%). Ao considerarmos a
ativação dessas áreas no mesmo voluntário, ela decresceu significantemente (5/8
voluntários), tanto para o estudo Rastreio quanto para o estudo Sacade.
Tanto a área V1 quanto a área paraestriada mostraram uma alta variabilidade
espacial para os três paradigmas [Zilles et al. 1997]. Essa alta variabilidade espacial
encontrada, concorda com um estudo citoarquitetônico das áreas BA 17 e 18
[Amunts et al. 2000] que mostram uma alta variabilidade individual no tamanho e na
forma dessas áreas em relação aos sulcos e, também, uma variabilidade inter-
hemisférica. Concordando com Watkins et al. (2001), no qual mostraram uma maior
quantidade de matéria cinzenta no lobo occipital esquerdo.
5.2.7 MT/MST
As duas áreas, temporal média (Middle Temporal – MT) e temporal média
superior (Medial Superior Temporal – MST), estão localizadas no complexo V5, uma
região no sulco temporal superior especializada em movimentação visual (figura
5.18). Nessas duas áreas, a maioria dos neurônios é sensível à direção e/ou a
velocidade de uma movimentação visual [Lagae et al. 1993]. Kleinschmidt et al.
(2002) sugerem uma subdivisão funcional desse complexo, com uma parte posterior,
supostamente refletindo o comportamento funcional da área V5/MT e uma
anterior, a área V5a/MSTd. Essa interpretação é compatível com um recente estudo
de fMRI, no qual um movimento visual contralateral ativa toda a região MT/MST,
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
97
sendo que o movimento visual ipsilateral produz uma resposta significativa na
porção anterior do foco de ativação da área MT/MST, correspondente ao
homólogo MSTd [Dukelow et al. 2001].
Figura 5.18 – Localização anatômica da região MT/MST em uma visão tri-dimensional do cérebro humano.
Um estudo com TMS mostrou que a estimulação sobre a área MT/MST faz
crescer ipsilateralmente a aceleração do movimento de perseguição lenta e decrescer
contralateralmente a desaceleração da perseguição lenta. Danos nas áreas MT/MST
interrompem os movimentos de rastreio [Gaymard et al. 1999].
A região MT/MST apresentou uma alta variabilidade espacial para os três
paradigmas. A coordenada y mostrou uma grande variação do seu desvio padrão no
estudo NOC, concordando com estudos de Hasnain e co-autores [Hasnain et al.
1998], no qual analisam a variabilidade entre voluntários para as áreas funcionais do
córtex visual humano.
Para o caso dos estudos de Rastreio e Sacade, a coordenada z do hemisfério
esquerdo, é a que apresenta maior variação no seu desvio padrão [Hasnain et al.
1998]. Watkins et al. (2001) mostraram uma maior quantidade de matéria cinzenta no
sulco temporal superior esquerdo.
A área MT/MST mostrou uma freqüência de ativação maior para o estudo
NOC para esquerda (100%) comparada ao estudo NOC para direita (88%). Se
considerarmos a análise combinada da freqüência entre os dois estudos, também
encontramos uma freqüência de 100%, que diminui para 88% quando consideramos
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
98
a freqüência de ativação da área MT/MST no mesmo voluntário, indicando, assim,
uma alta probabilidade de encontrarmos essa área em estudos que apresentem
estimulação optocinética [Bucher et al. 1997; Dieterich et al. 1998; Galati 1999;
Dieterich et al. 2003a].
Já para os estudos Rastreio e Sacade a freqüência de ativação da área
MT/MST é de 100%, tanto para análise da freqüência combinada considerando os
dois estudos, quanto consideramos a freqüência de atividade no mesmo voluntário,
mostrando, assim, a importância dessa área em estudos que envolvam estimulações
do tipo Rastreio e Sacade [Corbetta et al. 1998; O´Driscoll et al. 1998; Petit & Haxby
1999; O´Driscoll et al. 2000; Dukelow et al. 2001; Schmid et al. 2001; Kimmig et al.
2001; Tanabe et al. 2002; Lencer et al. 2004]. Um estudo envolvendo percepção de
movimento visual (tanto movimento de objetos como percepção de auto-
movimento) também mostrou atividade nessa região [Kleinschmidt et al. 2002].
5.2.8 Ínsula
A ínsula está localizada no fundo do sulco lateral (figura 5.19). Esta é
anatomicamente dividida em cinco giros, três curtos e dois longos, a região frontal
do sulco ínsular central é conhecido como ínsula anterior e a região posterior ao
sulco ínsular central é então definida como ínsula posterior [Bense et al. 2001]. Em
estudos de fMRI foram encontradas áreas de atividades distintas nas partes anterior
e posterior da ínsula [Bucher et al. 1997; Dieterich et al. 1998; Dieterich et al. 2003a].
A ínsula posterior é descrita como homóloga ao córtex parieto-insular vestibular.
Guldin & Grüsser (1998) descobriram neurônios multisensoriais que respondem a
estímulos vestibular, somatosensorial e optocinético no córtex parieto-insular
vestibular e neurônios que respondem especialmente o estímulo visual na área visual
temporal (área de Sylvian). A ínsula posterior pode ser representada como a parte
sensorial do sistema visual-vestibular, a qual integra-se com a orientação espacial.
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
99
Figura 5.19 – Localização anatômica da ínsula em uma visão tri-dimensional do cérebro humano.
Entretanto, a ínsula anterior em cooperação com os centros sacádicos e de
rastreio, pode estar envolvida com a geração e o controle do movimento do olho,
especialmente com a orientação espacial do movimento do olho e sua estrutura
temporal [Dieterich et al. 1998]. Alguns autores concluíram que a ínsula anterior é
uma área motora secundária [Anderson et al. 1994].
Um estudo, em humanos, mostrou que lesões na área da ínsula posterior
proporcionam um distúrbio significativo da percepção de verticalidade, isto é,
distúrbio das entradas vestibulares (otólitos) [Brandt et al. 1995]. A mesma área na
ínsula posterior foi ativada num estudo de PET com estimulação calórica em
humanos. Isto sugere que neurônios multisensorias na ínsula posterior recebem uma
entrada vestibular em humanos e primatas [Bottini et al. 1994 ; Dieterich et al. 1996].
Tanto a ínsula anterior como a ínsula posterior mostraram uma alta
variabilidade espacial sendo que a variância da ínsula posterior foi maior quando
considerados os estudos NOC para direita e NOC para esquerda. No caso dos
estudos Rastreio e Sacade a variabilidade espacial para a ínsula anterior também foi
alta. Como a ínsula posterior não apresentou atividade no estudo Sacade, podemos
perceber apenas a sua variabilidade inter-hemisférica. Watkins et al. (2001)
mostraram uma maior quantidade de matéria cinzenta no córtex insular direito.
Ao analisarmos a freqüência de ativação para os estudos NOC, verificamos
uma maior freqüência da ínsula anterior, que também se mostrou mais ativa no caso
da analise combinada da freqüência (100% quando consideramos os dois estudos
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
100
juntos e 75% quando consideramos a atividade dessa área no mesmo voluntário).
Podemos concluir, então, que tanto a ínsula anterior como a posterior possuem uma
alta probabilidade de serem ativadas em estudos que envolvam estimulação
optocinética. Além dos estudos citados anteriormente, um estudo realizado por
estimulação calórica também mostrou atividade nas áreas da ínsula anterior e
posterior [Dieterich et al. 2003b].
Considerando os estudos Rastreio e Sacade a freqüência de ativação para a
ínsula anterior foi maior para o estudo Sacade (75%), e para o Rastreio (63%) se
comparado à região da ínsula posterior. A análise combinada da freqüência para os
estudos Rastreio e Sacade mostram uma freqüência de 75% para a ínsula anterior e
de 63% para a ínsula posterior. Se considerarmos a atividade na ínsula anterior nos
mesmos voluntários, a freqüência diminui para 38%. Isso indica uma maior
probabilidade da ativação da ínsula anterior em estudos que envolvam o movimento
sacade. Um estudo envolvendo percepção de movimento visual (tanto movimento
de objetos como percepção de auto-movimento) mostrou atividade na ínsula
posterior [Kleinschmidt et al. 2002]. Alguns estudos envolvendo movimentos de
rastreio e sacade do olho mostram ativação bilateral da ínsula [Barton et al. 1996;
Petit et al. 1993; Anderson et al. 1994]. Os estudos de Petit et al. e Anderson et al., os
quais envolviam apenas movimentos sacádicos do olho, mostraram atividade apenas
na ínsula anterior [Petit et al. 1993; Anderson et al. 1994], indicando, novamente, que
a ínsula anterior representa uma área motora secundária [Anderson et al. 1994] e que
a ínsula posterior está envolvida somente com o sistema vestibular [Dieterich et al.
1998].
5.2.9 Cerebelo
O cerebelo executa um papel importante no comando de todos os tipos de
movimentos, incluindo os movimentos dos olhos. Tanabe et al. (2002) apresentaram
a primeira evidência, utilizando fMRI, que o cerebelo faz parte de um caminho
significante para o movimento de rastreio. A identificação das estruturas cerebelares
específicas responsáveis pelo rastreio é complicada devido à grande quantidade das
entradas córtico-cerebelares. Embora o vermis cerebelar oculomotor tenha sido
primeiramente reconhecido pelo seu papel na modulação do comando motor para o
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
101
sacade [Noda & Fujikado 1987], esta estrutura está também envolvida no controle
do rastreio. As células de Pukinje dessa área respondem a uma combinação de sinais
visuais, velocidade do olho e velocidade da cabeça [Suzuki & Keller 1988; Shinmei et
al. 2002]. A micro-estimulação do vermis pode provocar tanto movimento de
rastreio como de sacade. Esse efeito pode ser explicado considerando que o vermis
e os núcleos fastigiais regulam um sinal motor que contribui, tanto para o rastreio
quanto para o sacade [Krauzlis & Miles 1998]. Portanto, esses estudos suportam a
idéia de que essa região do cerebelo executa um papel similar no controle do rastreio
e do sacade – ela dá forma à trajetória do rastreio e do sacade, talvez modificando os
comandos de aceleração e desaceleração do olho. Em humanos, a TMS ao longo do
vermis aumenta ipsilateralmente a aceleração do rastreio e decresce
contralateralmente a sua desaceleração [Ohtsuka & Enoki 1998].
Outras estruturas cerebelares, como o flóculo, possuem neurônios
específicos envolvidos no movimento de rastreio [Tanabe et al. 2002]. Um estudo
recente envolvendo lesões mais seletivas mostrou que o paraflóculo ventral é uma
estrutura crítica para o controle de perseguição [Rambold et al. 2002]. As células de
Purkinje no paraflóculo ventral possuem potencial de disparo proporcional à
velocidade do olho, indicando que esta atividade está relacionada ao comando
motor [Stone & Lisberger 1990].
Os hemisférios cerebelares estão envolvidos no processo da percepção visual
e de atenção, e a estrutura vermal está envolvida no controle do movimento do
olho, pois utiliza informações vestibulares dos canais semicirculares e dos otólitos
[Barmack et al. 1995]. A discussão sobre a atividade nos hemisférios cerebelares não
deve estar restrita à atenção, mas deve envolver percepção de movimento visual e o
tempo do controle sensoriomotor do movimento dos olhos, a qual é conhecida
como uma função típica do cerebelo. Entretanto, o vermis não está apenas
envolvido no controle do movimento do olho e da cabeça, mas também executa um
importante papel no controle postural [Ouchi et al. 1999]. Além disso, Ettinger et al.
(2002) acreditam em um parâmetro volumétrico no controle do ganho sacádico pelo
vermis cerebelar.
Apesar da alta variabilidade espacial encontrada nos três paradigmas, o
cerebelo mostrou uma freqüência de ativação inter-individual significativa, sendo
Capítulo 5 – Resultados e Discussão
102
maior para o estudo NOC para direita (100%) e maior para o estudo Sacade (100%)
[O´Driscoll et al. 2000]. Quando consideramos os dois estudos juntos, a freqüência
de ativação chega a 100% tanto para os estudos Rastreio e Sacade quanto para os
estudos NOC, indicando uma alta probabilidade de encontrarmos atividade nessa
área tanto para estudos que envolvam estimulação optocinética [Dieterich et al.
2000] quanto para estudos envolvendo movimentos de rastreio e sacade [Corbetta et
al. 1998; Gaymard et al. 1999; O´Driscoll et al. 2000; Ettinger et al. 2002; Tanabe et al.
2002; Lencer et al. 2004]. Se considerarmos a atividade no cerebelo no mesmo
voluntário durante o paradigma NOC, a freqüência diminui para 88% e para os
estudos Rastreio e Sacade ela diminui para 75%.
Capítulo 6 – Conclusões e Perspectivas
103
Capítulo 6
CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS
6.1 Conclusões
A técnica de fMRI foi capaz de demonstrar a localização das regiões
cerebrais envolvidas nas tarefas de estimulação optocinética e dos movimentos de
rastreio e sacade do olho. As principais regiões ativadas durante estas estimulações
correspondem às áreas corticais e subcorticais envolvidas nos sistemas visual,
oculomotor e vestibular. Além disso, pudemos verificar quais as regiões que
apresentaram maior freqüência de ativação, sendo estas as áreas frontais (campo
frontal do olho e córtex pré-frontal dorsolateral), relacionadas à execução, predição,
inibição, seleção e monitoramento do movimento dos olhos, e a área que
compreende o giro temporal médio e médio superior, responsável pela percepção de
movimento. A ínsula posterior mostrou possuir um envolvimento maior com o
sistema vestibular pois, das treze áreas corticais analisadas, a única área que não
apresentou atividade durante o estudo sacade foi a ínsula posterior.
A técnica de fMRI permitiu, também, acessarmos a alta variabilidade
anatômica existente entre os hemisférios e também entre sujeitos [Zilles et al. 1997;
Watkins et al. 2001]. A simples média das coordenadas do Atlas Talairach, como é
comumente utilizada em estudos de fMRI, não nos possibilita essa acessibilidade.
Neste trabalho buscamos examinar, ainda que de forma preliminar, as diferenças
existentes entre indivíduos da localização de funções vestibular e oculomotor.
Notamos que essa variabilidade existe e é, de fato, importante.
Por fim, dentre os dois métodos utilizados para obtermos os índices de
lateralização, o método IL2 apresentou maior confiabilidade. Isso se deve a sua
independência do limiar estatístico. Portanto, encontramos um padrão bastante
interessante relacionado aos índices de lateralização mostrando uma leve
dominância do hemisfério direito para os estudos NOC independente da direção do
estímulo. Esse possível padrão da dominância direita encontrada sugere uma relação
Capítulo 6 – Conclusões e Perspectivas
104
com a dominância hemisférica da orientação espacial. No entanto, precisamos
realizar mais estudos para que essa hipótese seja confirmada.
A combinação dos estímulos empregados constituiu uma importante
ferramenta para determinar a lateralização de suas funções e mapear as maiores
áreas corticais e subcorticais envolvidas nos sistemas oculomotor e vestibular.
6.2 Perspectivas
Além dos métodos utilizados para encontrarmos o índice de lateralização
seria interessante realizar outros tipos de análises para determinar a influência de
cada lobo nesse índice. Por exemplo, determinando um índice de dominância
frontal, o qual englobaria todos os pixels ativados no lobo frontal, poderíamos
compará-lo ao restante do cérebro e assim verificar sua influência na dominância
hemisférica. Outro método seria a simples comparação entre o número de pixels
presentes em cada lobo. Nesse caso, seria realizada a comparação entre os índices
do lobo parietal e temporal, ou entre os índices do lobo parietal e occipital etc. Além
de uma possível análise que envolva somente o cerebelo. Ainda, seria interessante
verificar se algumas estruturas específicas em cada um desses lobos se apresenta
mais lateralizada.
Alguns estudos foram realizados visando a relação de áreas corticais com o
sistema vestibular por diferentes vias, um desses estudos envolve a estimulação
calórica juntamente com a técnica de fMRI. A resposta calórica, no caso de
utilização de água fria, reflete a inibição unilateral do canal semicircular e é
extremamente aceita para examinar a função vestibular. A estimulação calórica é
realizada através da aplicação tanto de água quente [Dieterich et al. 2003b] como fria
[Suzuki et al. 2001], ou também, através da aplicação de nitrogênio [Fasold et al.
2002] no canal externo do ouvido. No trabalho de Suzuki et al. (2001) encontraram
ativação no giro insular (com um padrão contralateral ao ouvido estimulado), no
sulco intraparietal (com dominância hemisférica direita), no giro superior temporal,
no hipocampo, no giro do cíngulo e no tálamo. Áreas de ativação nos lobos parietal,
temporal e frontal também foram encontradas no trabalho de Fasold et al. (2002),
além de regiões como os córtices parieto-insular e occipital. Assim como nos
Capítulo 6 – Conclusões e Perspectivas
105
trabalhos descritos anteriormente, Dieterich et al. (2003) encontraram atividade em
áreas corticais homólogas às maiores áreas corticais que recebem entradas
vestibulares em várias espécies de primatas [Guldin & Grüsser 1998]. No entanto, a
máxima ativação encontrada foi quando o hemisfério não-dominante era ipsilateral
ao ouvido estimulado, indicando que o sistema vestibular e seu hemisfério
dominante determinam a predominância destra ou canhota [Dieterich et al. 2003b].
Um outro tipo de estimulação possível é a galvânica vestibular, que atua no
disparo dos neurônios vestibulares primários atingindo principalmente aferências
otolíticas [Watson et al. 1998] ou fibras dos canais semicirculares [Schneider et al.
2000], diferente da estimulação calórica que afeta principalmente os canais
semicirculares horizontal. O primeiro trabalho que utilizou esse tipo de estimulação
juntamente com a fMRI foi realizado por Lobel et al. (1998), este mostrou ativação
na junção temporo-parietal, no sulco central e no sulco intraparietal,
correspondendo as áreas envolvidas com o circuito multisensorial do sistema
vestibular em macacos, além da ativação do lobo frontal e da desativação da parte
anterior desse lobo. Bense et al. (2001) utilizaram a estimulação galvânica vestibular e
a estimulação galvânica cutânea a fim de diferenciar as funções vestibulares
oculomotora e nociceptiva. Encontraram atividade relacionada às funções
multisensoral vestibulares e oculomotoras, além de um padrão inibitório entre a
interação visual-vestibular.
Seria interessante se pudéssemos realizar os métodos empregados na análise
da freqüência e no índice de lateralização, além dos sugeridos, em exames de fMRI
envolvendo os estímulos calórico e galvânico vestibular. Para tanto, necessitamos do
desenvolvimento de estimuladores específicos que possam ser utilizados juntos com
a técnica de fMRI.
Por fim, este trabalho abre a possibilidade de aplicarmos estímulos de
nistagmo optocinético e dos movimentos de rastreio e sacade dos olhos em
pacientes com distúrbios vestibulares, para que possamos encontrar padrões
relacionados a esses danos e também como forma de auxílio no diagnostico dessas
doenças.
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